CN102384678B - 一种点阵材料换热器 - Google Patents

Abstract

一种点阵材料换热器，属于换热设备领域。包括压紧板(1)、上导杆(7)、下导杆(6)和接管(4)，其特征在于：在两压紧板(1)之间安装点阵材料夹层板(2)，多片点阵材料夹层板(2)叠加而成并由上导杆(7)、下导杆(6)和压紧螺柱(5)压紧固定，点阵材料夹层板(2)上通过黏贴密封垫片进行密封。本发明具有承载能力强、密封性好、压降小、传热效果好等优点，显著的提高换热效率和密封强度。

Description

一种点阵材料换热器

技术领域

一种点阵材料换热器，属于换热设备领域，具体涉及一种运用点阵材料制作的换热设备。

背景技术

板式换热器由于其结构紧凑、传热系数高、清洗或维修方便、节省投资等优点，已经大量地应用于工业生产领域中，但在实际应用中发现了几个缺陷：一方面是其换热板片是由具有一定波纹形状的金属片叠装而成的，刚度较低；另一方面是垫片的密封周边较长，很大程度的限制了板式换热器的工作压力，造成压力较高一侧的介质串入压力较低一侧的介质中，形成“串液”现象，系统中会出现压力和温度的异常，如果介质具有腐蚀性，还可能导致管路中其它设备的腐蚀，串液通常发生在导流区域或者二道密封区域处，也就影响了板式换热器的使用范围；再者压降较大，介质进、出口压降超过设计要求，甚至高出设计值许多倍，严重影响系统对流量和温度的要求，在供暖系统中，若热侧压降过大，则一次侧流量将严重不足，即热源不够，导致二次侧出温度不能满足要求；密封效果不好，主要表现为渗漏(量不大，水滴不连续)和泄漏(量较大，水滴连续)等现象，外漏出现的主要部位为板片与板片之间的密封处、板片二道密封泄漏槽部位以及端部板片与压紧板内侧。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种承载能力强、密封性好、压降小、传热效果好的点阵换热器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该点阵材料换热器，包括压紧板、上导杆、下导杆和接管，其特征在于：在两压紧板之间安装点阵材料夹层板，多片点阵材料夹层板叠加而成并由上导杆、下导杆和压紧螺柱压紧固定，点阵材料夹层板上通过黏贴密封垫片进行密封。

所述的点阵材料夹层板包括下面板、封条、点阵材料、扩流板和上面板，下面板和左右两侧设置的扩流板、前后侧设置的封条密封组合形成设有凹槽的壳体，壳体上方安装上面板，凹槽内安装呈金字塔结构设置的点阵材料。封条与扩流板一起实现了点阵材料夹层板的周向密封，点阵材料除承担主要的传热任务外，还起着两面板之间的加强作用。

所述的扩流板呈Z字形设置，中部外侧设有导杆槽，在下面板一侧安装的扩流板上设置流道孔，上面板和下面板的对应位置上设置相同规格的流道孔。扩流板的厚度与金字塔点阵材料的高度保持一致，故扩流板厚度较小，为防止加工过程中，扩流板出现较大的变形，故可以采用电火花线切割进行加工。

所述的上面板和下面板的厚度为2mm，左右两侧中部设置导杆槽，下面板与点阵材料、封条和扩流板采用扩散焊焊接固定。

所述的封条宽度为10mm，高度为15mm，封条与扩流板之间采用激光焊焊接固定。为防止封条与面板焊接时出现较大的热应变，封条与面板之间采用扩散焊连接，封条与扩流板之间采用激光焊焊接。

所述的压紧板内侧设有矩形凹槽，凹槽上开有接管孔和导杆孔，压紧板两侧面上对称开有多个夹紧螺栓槽，顶部设有联接吊耳用的吊耳孔。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、采用独特的换热元件点阵材料夹层板，点阵材料夹层板是一种新型传热材料，它既有优良的传热性能，又有良好的承载能力，可以作为板式换热器波纹板的替代材料，且点阵材料板片如果经过合理的组合、排列，可以实现流体的逆流、并流及错流换热，流程组合不同；

2、在下面板上设置扩流板，扩流板的设置使得流体流道缓慢变宽，从而使流体分布更均匀，当流体经过扩流板时，其流道缓慢变大，这样也引起了局部压力损失，降低了压降强度，提高了换热器的整体传热性能；

3、点阵材料夹层板内采用独特的金字塔结构的点阵材料，点阵材料的可扩大传热面，提高换热效率，促进流体湍动，另外，点阵材料除承担主要的传热任务外，还起着两面板之间的加强作用，所以尽管面板和点阵材料都很薄，但它的强度很高，故能提高可承受的压；

4、密封性更强，封条与扩流板一起实现了点阵材料板片的周向密封，为防止封条与面板焊接时出现较大的热应变，封条与面板之间采用扩散焊连接，封条与扩流板之间采用激光焊焊接，加上密封垫片的使用，进一步提高了换热器整体的密封性能。

附图说明

图1是本发明结构分解图示意图。

图2是本发明的点阵材料夹层板结构分解示意图。

图3是本发明的压紧板的结构示意图。

图4是本发明的点阵材料夹层板的制作工艺部件装配示意图。

其中：1、压紧板  2、点阵材料夹层板  3、法兰  4、接管  5、压紧螺柱  6、下导杆  7、上导杆  8、螺母  9、点阵材料  10、夹紧螺栓槽  11、接管孔  12、导杆孔  13、吊耳孔  14、下面板  15、封条  16、扩流板  17、上面板  18、导杆槽  19、流道孔  20、垫片槽  21、垫板  22、下支撑板  23、上支撑板  24、盖板。

图1～4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～4对本发明做进一步说明：

具体实施方式

参照附图1～3：

该点阵材料换热器，主要由压紧板1、点阵材料夹层板2、法兰3、接管4、压紧螺柱5、上导杆7、下导杆6和螺母8组成，在两压紧板1之间安装点阵材料夹层板2，多片点阵材料夹层板2叠加而成并通过上导杆7、下导杆6、压紧螺柱5、接管4、法兰3和螺母8压紧固定，点阵材料夹层板2上通过垫片槽20黏贴密封垫片进行密封，密封垫片采用橡胶、压缩石棉纤维、膨胀石墨或聚四氟乙烯材料制作，压紧板1内侧设有矩形凹槽，凹槽上开有接管孔11和导杆孔12，压紧板1两侧面上对称开有多个夹紧螺栓槽10，顶部设有联接吊耳用的吊耳孔13。

点阵材料夹层板2包括下面板14、封条15、点阵材料9、扩流板16和上面板17，下面板14和左右两侧设置的扩流板16、前后侧设置的封条15密封组合形成设有凹槽的壳体，壳体上方安装上面板17，凹槽内安装呈金字塔结构设置的点阵材料9。点阵材料夹层板2如果经过合理的组合、排列，可以实现流体的逆流、并流及错流换热，流程组合不同，则点阵材料夹层板2的型式也存在差异，区别在于上面板17、下面板14或扩流板16开孔数目或位置的不同，但是其总体组成是相同的。

扩流板16呈Z字形设置，中部外侧设有导杆槽18，在下面板14一侧安装的扩流板16上设置流道孔19，上面板17和下面板14的对应位置上设置相同规格的流道孔19，扩流板16的厚度与金字塔点阵材料9的高度保持一致，故扩流板16厚度较小，为防止加工过程中，扩流板16出现较大的变形，故可以采用电火花线切割进行加工。

上面板17和下面板14的厚度为2mm，左右两侧中部设置导杆槽18，下面板14与点阵材料9、封条15和扩流板16采用扩散焊焊接固定，封条15宽度为10mm，高度为15mm，封条15与扩流板16之间采用激光焊焊接固定。

接管孔的一侧与法兰接管连接，另一侧与点阵材料夹层板流道孔紧密接触。压紧螺柱槽与导杆孔通过压紧螺柱和导杆。吊耳孔是为了吊装或移动点阵换热器而开设的。

该点阵换热器中的点阵材料的制造工艺，包括以下几个步骤：

1、将退火处理后的金属板材采用穿孔剪进行剪切、扩展后，得到带有菱形网孔的金属网板，其菱形状网孔的节距为22mm，板厚为0.5～5mm，梗宽为0.4～8mm；

2、采用平整机对金属板网进行平整，再通过液压机和模具在金属板网的菱形孔上冲压，获得金字塔结构的芯体；

3、将冲压形成的金字塔芯体进行除油、除锈处理，最后烘干处理，即可完成。

参照附图4：

该点阵换热器中的点阵材料夹层板的制造工艺，包括以下几个步骤：

1、首先，将下面板14放置在垫板21上，垫板21的长宽与下面板14的相同，在下面板14的两侧对称放置两块扩流板16，然后在下面板14上等距布置下支撑板22，将点阵材料放置在下支撑板22上，在点阵材料节点处放置上支撑板23，在上支撑板23上方放置上面板17和盖板24，上面板17与盖板24、点阵材料9之间，上面板17、下面板14与点阵材料9、垫板21之间，上、下支撑板23、22与点阵材料9之间均放有氮化硼药皮，各零件之间应垂直堆放，用夹具夹好；

2、将装配好的各部件放到扩散焊加热炉中进行焊接，首先将炉膛抽真空，然后以10℃/min的速度将装配体加热到900℃/min，在3.5MPa的压力下保温40min，再以10℃/min的速度将装配体冷却到室温，焊接完成后，去除垫板21、上支撑板23、下支撑板22和盖板24；

3、在上面板17和下面板14之间放入封条15，封条15两端与扩流板16的距离为0.3mm，在封条15与上、下面板17、14的间隙中插入表面上涂有氮化硼的薄钢片，将装配好的各部件放到扩散焊加热炉中，重复上述扩散焊焊接过程，实现封条15与上、下面板17、14之间的焊接；

4、封条15与上、下面板17、14焊接好后，采用激光焊对封条15与扩流板16之间的间隙进行焊接。

工作过程如下：

本发明的点阵换热器的装配总装过程如下：

1、将换热器的一个带法兰3的固定压紧板1放入油压机工作平台上安装上导杆7和下导杆6，拧紧螺母8；

2、将粘贴好密封垫片的点阵材料夹层板2逐片装入上导杆7和下导杆6上；

3、将另外一个压紧板1对准上导杆7和下导杆6通过其板面上的导杆孔12进行安装，然后用油压机加压，把点阵材料夹层板2与压紧板1压紧；

4、安装夹紧螺柱，拧紧螺帽；

5、进行气压液压试验，如试验合格，则对其进行喷漆处理、装钉铭牌。

本发明在工作时，点阵材料夹层板2作为传热元件，密封垫片为密封元件，点阵材料夹层板2的传热过程一部分直接由上面板17和下面板14来完成，另一部分则依靠金字塔结构设置的点阵材料9来完成，因此大部分热量由点阵材料、经上面板17和下面板14传到了冷流体，点阵材料9的主要作用是扩大传热面，促进流体湍动，另外，点阵材料9除承担主要的传热任务外，还起着对上面板17和下面板14之间的加强作用，所以尽管上面板17、下面板14和点阵材料都很薄，但它的强度很高，故能承受较高的压力。

点阵材料夹层板2上的流道孔19连通，流体可以在相邻板片间流动，换热介质从压紧板1的接管4中出入，并相间地进入点阵材料夹层板2之间的流体通道中进行换热，流体经过压紧板1、上面板17和下面板14，通过其板面上开设的流道孔19进入点阵材料夹层板2内部的流道，这时流体的流道突然变宽，可能会存在流道内流体分布不均匀的现象，此时，通过设置的扩流板16使流体在经过扩流板16时流道缓慢变宽，从而使流体分布均匀，这样也引起了局部压力损失，流道孔19可以作为流体进出夹层板、点阵材料夹层板2及在相邻板片间流动的通道。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种点阵材料换热器，包括压紧板（1）、上导杆（7）、下导杆（6）和接管（4），其特征在于：在两压紧板（1）之间安装点阵材料夹层板（2），多片点阵材料夹层板（2）叠加而成并由上导杆（7）、下导杆（6）和压紧螺柱（5）压紧固定，点阵材料夹层板（2）上通过黏贴密封垫片进行密封；点阵材料夹层板（2）包括下面板（14）、封条（15）、点阵材料（9）、扩流板（16）和上面板（17），下面板（14）和左右两侧设置的扩流板（16）、前后侧设置的封条（15）密封组合形成设有凹槽的壳体，壳体上方安装上面板（17），凹槽内安装呈金字塔结构设置的点阵材料（9）。

2.根据权利要求1所述的一种点阵材料换热器，其特征在于：所述的扩流板（16）呈Z字形设置，中部外侧设有导杆槽（18），在下面板（14）一侧安装的扩流板（16）上设置流道孔（19），上面板（17）和下面板（14）的对应位置上设置相同规格的流道孔（19）。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种点阵材料换热器，其特征在于：所述的上面板（17）和下面板（14）的厚度为2mm，左右两侧中部设置导杆槽（18），下面板（14）与点阵材料（9）、封条（15）和扩流板（16）采用扩散焊焊接固定。

4.根据权利要求1所述的一种点阵材料换热器，其特征在于：所述的封条（15）宽度为10mm，高度为15mm，封条（15）与扩流板（16）之间采用激光焊焊接固定。

5.根据权利要求1所述的一种点阵材料换热器，其特征在于：所述的压紧板（1）内侧设有矩形凹槽，凹槽上开有接管孔（11）和导杆孔（12），压紧板（1）两侧面上对称开有多个夹紧螺栓槽（10），顶部设有联接吊耳用的吊耳孔（13）。

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