CN102519281A - 过冷却板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过冷却板式换热器，包括两端分别设热流侧出口及热流侧入口的换热区域，所述换热区域的热流侧出口及热流侧入口之间包括主换热区，所述主换热区包括至少两段区域，所述各段区域内设沿着换热区域上流体的宏观流动方向依次递减其夹角大小的突筋及凹筋，所述夹角为突筋与宏观流动方向所夹的锐角。本发明能够增加过冷度，提高换热效率。

Description

过冷却板式换热器

技术领域：

本发明涉及换热技术领域，具体涉及一种动态制冰的过冷却板式换热器。

背景技术：

目前，动态制冰是0℃的水在板式换热器过冷到-2℃，然后-2℃过冷水离开板式换热器后被解除过冷状态成为0℃的冰水混合物，因为水在板式换热器表面不结冰，换热效率非常高，所以动态制冰效率优于静态制冰。

现有的板式换热器能够实现的水稳定过冷稳定-2℃，若使水进一步过冷，则导致过冷水状态不稳定，可能在板式换热器内解除过冷，引起堵塞，影响连续制冰。但对于动态制冰，使水进一步过冷能够减少循环水泵的功耗，提高制冰的总体效率。故动态制冰的板式换热器的板型需要满足两个基本要求：1)高的换热效率；2)高的过冷度。可传统的板式换热器其板片上的突筋布置方式为一般的板片的突筋和凹筋与宏观流动方向的夹角是固定的，是0至90度范围之间某值，使得板片上流体的紊流程度较低，换热不够充分。

发明内容：

本发明的目的是提供一种过冷却板式换热器，能够增加板式换热器的过冷度，提高换热效率。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：过冷却板式换热器，包括两端分别设热流侧出口及热流侧入口的换热区域，所述换热区域的热流侧出口及热流侧入口之间包括主换热区，所述主换热区包括至少两段区域，所述各段区域内设沿着换热区域上流体的宏观流动方向依次递减其夹角大小的突筋及凹筋，所述夹角为突筋与宏观流动方向所夹的锐角，所述夹角最小可至0度。

突筋方向与宏观流动方向夹角愈大给换热流体带来扰动愈大，紊流程度愈高，换热愈充分，换热效率愈高；相反，若夹角愈小给换热流体带来扰动愈小，紊流程度愈低，换热不够充分，因此通过逐步改变换热流体在换热器表面的流动形态，即小过冷度时，采用高紊流状态，此时突筋方向与宏观流动方向夹角稍大些，随着过冷度增大，则逐步降低紊流程度，此时突筋方向与宏观流动方向夹角稍小些，甚至可不设任何能改变流体形态的突筋。

主换热区包括四段区域，所述第1段内设与宏观流动方向夹角为50到80度的突筋一及凹筋一，所述第2段内设与宏观流动方向夹角为10到40度的突筋二及凹筋二，所述第3段内设与宏观流动方向夹角为0度的突筋三及凹筋三，所述第4段内不设有突筋及凹筋。

把主换热区8分为4段，沿着宏观流动方向分别按顺序标记为第1段、第2段、第3段和第4段。在第1段，为了获得较大的紊流效果，夹角设计较大，例如60度；在第2段，为了降低紊流状态，实现逐步过渡，该阶段的夹角比上一阶段小，例如30度；在第3段，为了尽一步降低紊流状态，该阶段的夹角设置为0度；在第4段，为了最大限度降低紊流状态，该阶段的取消突筋，减少对流体的扰动。

本发明通过在主换热区分别设有沿着宏观流动方向逐步减小其夹角大小的突筋，因此逐步改变换热流体在换热器表面的流动形态，增加换热流体的紊流状态，从而，整体上能够增加板式换热器的过冷度，提高换热效率。

附图说明：

图1为本发明板片的基本形式；

图2为传统的板式换热器的示意图；

图3为所述板片突筋方向与宏观流动方向夹角定义说明图；

图4为本具体实施例一的结构示意图；

图5为本具体实施例二的结构示意图；

图6为本具体实施例三的结构示意图。

其中，1、热流侧入口；2、冷流侧出口；3、热流侧出口；4、冷流侧入口；5、换热区域；6、密封构件；7、散流区；8、主换热区；81、第1段；82、第2段；83、第3段；84、第4段；9、集流区；10、突筋；101、突筋一；102、突筋二；103、突筋三；11、凹筋；111、凹筋一；112、凹筋二；113、凹筋三；12、夹角。

具体实施方式：

以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

实施例1：

如图1所示，箭头方向为流体的宏观流动方向，所示虚线为凹筋11，所示实线为突筋10，如图1所示，本发明的过冷却板式换热器，换热器主体两端设冷流侧出口2及冷流侧入口4，还包括两端分别设热流侧出口3及热流侧入口1的换热区域5，换热区域5侧面设密封构件6，因此，密封构件6使热流体从热流侧入口1进入，经过换热区域5，从热流侧出口3流出，密封构件6阻止热流体流到冷流侧出口2或冷流侧入口4；

如图2所示，图中为传统的换热器，传统换热器的换热区域5内所有突筋10与宏观流动方向的夹角均为0至90度范围之间某固定值。

如图3所示，图为突筋10与宏观流动方向方向夹角的定义说明图，箭头方向所指为宏观流体方向，夹角为突筋10与宏观流动方向所夹的锐角。

如图4所示，换热区域5的热流侧出口3及热流侧入口1之间依次包括散流区7、主换热区8、集流区9，所述主换热区8包括四段区域，第1段81内设均与宏观流动方向夹角为60度且对称放置的突筋一101及凹筋一111，第1段81为换热开始段，换热流体(指热侧)在该流段开始降温，板片突筋101方向与宏观流动方向夹角要求大些，为60度；

所述第2段82内设均与宏观流动方向夹角为30度且对称放置的突筋二102及凹筋二112，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角要求小，为30度；

所述第3段83内设均与宏观流动方向夹角为0度且对称放置的突筋三103及凹筋三113，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角为零，即两者方向一致；

所述第4段84内不设有突筋10及凹筋11，此段的换热流体(指热侧)最后被冷却阶段，板片没有突筋10及凹筋11。

实施例2

如图5所示，所述换热区域5的热流侧出口3及热流侧入口1之间依次包括散流区7、主换热区8、集流区9，所述主换热区8包括三段区域，第1段81内设均与宏观流动方向夹角为50度且对称放置的突筋一101及凹筋一111，第1段81为换热开始段，换热流体(指热侧)从热流侧入口1流入散流区7，并在该流段开始降温，板片突筋101方向与宏观流动方向夹角要求大些，为50度；

所述第2段82内设均与宏观流动方向夹角为10度且对称放置的突筋二102及凹筋二112，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角要求小，为10度；

所述第3段83内设均与宏观流动方向夹角为0度且对称放置的突筋三103及凹筋三113，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角为零，即两者方向一致；

流体从第3段83流入集流区9，最后通过热流侧出口3流出。

实施例3

如图6所示，所述换热区域5的热流侧出口3及热流侧入口1之间依次包括散流区7、主换热区8、集流区9，所述主换热区8包括三段区域，第1段81内设均与宏观流动方向夹角为80度且对称放置的突筋一101及凹筋一111，第1段81为换热开始段，换热流体(指热侧)从热流侧入口1流入散流区7，并在该流段开始降温，板片突筋101方向与宏观流动方向夹角要求大些，为80度；

所述第2段82内设均与宏观流动方向夹角为40度且对称放置的突筋二102及凹筋二112，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角要求小，为40度；

所述第3段83内设均与宏观流动方向夹角为0度且对称放置的突筋三103及凹筋三113，此段的换热流体(指热侧)进一步被降温，板片突筋103方向与宏观流动方向夹角为零，即两者方向一致；

流体从第3段83流入集流区9，最后通过热流侧出口3流出。

Claims (4)

1.过冷却板式换热器，包括两端分别设热流侧出口(3)及热流侧入口(1)的换热区域(5)，所述换热区域(5)的热流侧出口(3)及热流侧入口(1)之间包括主换热区(8)，其特征在于，所述主换热区(8)包括至少两段区域，所述各段区域内设沿着换热区域(5)上流体的宏观流动方向依次递减其夹角(12)大小的突筋(10)及凹筋(11)。

2.根据权利要求1所述的过冷却板式换热器，其特征在于，所述主换热区(8)包括三段区域，所述第1段(81)内设均与宏观流动方向夹角(12)为50到80度且对称放置的突筋一(101)及凹筋一(111)，所述第2段(82)内设均与宏观流动方向夹角(12)为10到40度且对称放置的突筋(102)及凹筋(112)，所述第3段(83)内设均与宏观流动方向夹角(12)为0度且对称放置的突筋三(103)及凹筋三(113)。

3.根据权利要求1所述的过冷却板式换热器，其特征在于，所述主换热区(8)包括四段区域，所述第1段(81)内设均与宏观流动方向夹角(12)为50到80度且对称放置的突筋一(101)及凹筋一(111)，所述第2段(82)内设均与宏观流动方向夹角(12)为10到40度且对称放置的突筋二(102)及凹筋二(112)，所述第3段(83)内设均与宏观流动方向夹角(12)为0度且对称放置的突筋三(103)及凹筋三(113)，所述第4段(84)内不设有突筋(10)及凹筋(11)。

4.根据权利要求2或3所述的过冷却板式换热器，其特征在于，所述第1段(81)内设均与宏观流动方向夹角(12)为60度且对称放置的突筋一(101)及凹筋一(111)，所述第2段(82)内设均与宏观流动方向夹角(12)为30度且对称放置的突筋二(102)及凹筋二(112)。

Images