CN102853707B - 一种换热器板片及双流道换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换热器板片，所述板片包括中心热交换区域，所述板片的中心热交换区域包括表面图案，所述表面图案包括交替排布的凹坑区域和空白区域，所述凹坑区域包括若干距离所述板平面高度大致相等的凹坑，所述空白区域为板片的中心热交换区域的板平面上凹坑区域围绕形成的空间，所述空白区域周围不同凹坑区域的凹坑之间的距离大于或等于同一凹坑区域内的凹坑之间的距离。本发明的换热器板片通过将凹坑区域组合形成人字形通道的空白区域，使换热介质的流动更加顺畅，减小板片的压力降；同时，人字形通道内的换热介质也受到凹坑涡流的影响，容易形成紊流，增大换热系数。
Description
技术领域
本发明涉及热交换领域，更具体的说，涉及一种换热器板片及双流道换热器。
背景技术
换热器是一种以波纹板为传热面，以对流和热传导为主要手段的换热设备。最为高效、紧凑、节能的换热设备，换热器经过一百多年的发展，已经被大量应用于化工、医药、食品、电力、船舶等行业，其在换热方面的优越性日益受到人们的重视。随着制造水平的不断提高和应用领域的不断扩大，换热器目前已经成为使用最多的换热设备之一。
板片作为换热器中最核心的部件，随着工况的变化，已经出现了各种各样的板片形式。就波纹形式可分为：人字形、平直波、球形波、异形波等。
凹坑(Dimple)式板片是一种新的板片。凹坑强化传热就是通过在壁面上按一定的排列规则和间距加工出一定深度的凹坑来增强该壁面上的对流换热。凹坑形状有球面和柱面等。现有凹坑式换热器板片采用在板片上均布球形或柱状凹坑，由于板片上凹坑排列密集，使板片的承压能力较好。同时由于板片上凹坑的排布密集，使换热介质在板间的流动阻力和压力降较大。
如图1所示，凹坑式换热器的第一流道011和第二流道010内分别流通有两种需相互隔绝换热的流体。换热器表面凹坑强化传热是建立在凹坑板片具有板间触点多，换热器流道截面面积相对偏小，从而产生有序和小而强有力的涡旋流动。凹坑板片具有板间触点多，承压能力高，节省材料，较高换热系数的优点，但同时也具有压力降较大的的缺点。
如图2所示，波纹式换热器的第一流道021和第二流道020内分别流通有两种需相互隔绝换热的流体。如图所述，波纹式换热器的板间触点少，流道截面面积相对较大。因此波纹形式的板片具有较好的换热性能，是应用最广的板片形式，但是其承压能力较差。
发明内容
本发明的目的之一在于：为解决上述现有技术所述的凹坑板式换热器板片上凹坑的排布密集，使换热介质在板间的流动阻力和压力降较大的缺陷提供一种换热器板片；本发明的目的之二在于：提供一种包括本发明的换热器板片的双流道换热器。
本发明为解决上述现有技术的缺陷，提供了一种换热器板片，所述板片包括中心热交换区域，所述板片的中心热交换区域包括表面图案，所述表面图案包括交替排布的凹坑区域和空白区域，所述凹坑区域包括若干距离所述板平面高度大致相等的凹坑，所述空白区域为板片的中心热交换区域的板平面上凹坑区域围绕形成的空间，所述空白区域周围不同凹坑区域的凹坑之间的距离大于或等于同一凹坑区域内的凹坑之间的距离；
所述板片的中心热交换区域包括交替排布的表面图案和管道区域，所述管道区域包括距离所述板平面高度大致相等的管道(106)，所述管道区域中没有表面图案，所述中心热交换区域的中心区域为表面图案，所述凹坑区域(103)的宽度等于中心换热区域的宽度。
优选地，所述表面图案大致为矩形。
优选地，所述凹坑区域的长度b小于所述板片的宽度a。
优选地，所述凹坑和管道均匀排布，所述凹坑为球形凹坑、柱状凹坑或多面体凹坑；所述管道为人字形图案、波纹型图案或螺旋形图案。
优选地，所述空白区域为条状或带状，所述空白区域形成人字波纹、螺旋波纹或圆形波纹。
优选地，所述空白区域为人字形波纹，所述人字形波纹的两条边与所述板片纵向中心线的夹角在20°～65°的范围内。
本发明为解决上述现有技术的缺陷，还提供了一种双流道换热器，包括至少一个板组件，所述板组件包括两个重叠设置的板片：第一板片和第二板片，所述板片为上述任一项所述的板片；
所述板片与相邻板片密封安装，所述第一板片与第二板片之间形成第一流体流道，所述第一板片与其他板组件之间形成第二流体流道，所述第二板片与其他板组件之间形成第二流体流道。
优选地，所述第一板片和第二板片的凹坑在大致相同的方向凹陷。
优选地，所述板片的空白区域为人字形图案时，所述第二板片相对所述第一板片倒立并叠加设置在所述第一板片上。
本发明的有益效果包括：
1)通过将凹坑区域和空白区域交替排布的方式，既能保留凹坑板片具有板间触点多，承压能力高，节省材料，较高换热系数的优点，同时也解决凹坑板片压力降大的缺点；
2)通过在板片的中心热交换区域的中心区域设置交替排布的凹坑区域和空白区域，在中心热交换区域的其他部分设置管道区域，进一步降低了凹坑板片的压力降，增强了板片的承压能力；
3)通过将凹坑区域组合形成人字形通道的空白区域，使换热介质的流动更加顺畅，减小板片的压力降；同时，人字形通道内的换热介质也受到凹坑涡流的影响，容易形成紊流，增大换热系数。
附图说明
图1为现有技术的凹坑式换热器的局部剖视图；
图2为现有技术的波纹式换热器的局部剖视图；
图3为本发明的换热器板片的第一实施例的主视图；
图4为图3中C部分的局部放大图；
图5为本发明的双流道换热器的板组件的第一实施例的安装示意图；
图6为图5所示A-A方向剖视图的局部示意图一；
图7为图5所示A-A方向剖视图的局部示意图二；
图8为本发明的换热器板片的第二实施例的主视图；
图9为本发明的双流道换热器的板组件的第二实施例的安装示意图。
具体实施方式
本发明的换热器板片通过将凹坑区域组合形成人字形通道的空白区域，使换热介质的流动更加顺畅，减小板片的压力降；同时，人字形通道内的换热介质也受到凹坑涡流的影响，容易形成紊流，增大换热系数。下面结合附图详细介绍本发明：
如图3所示，本发明的换热器板片包括边缘区域100、角孔101和中心热交换区域。本发明所述的中心热交换区域大致为四个角孔所围成的板平面。图3中所示的板片的中心热交换区域为表面图案所覆盖的区域。板片的中心热交换区域包括表面图案。表面图案包括交替排布的凹坑区域103和空白区域104。
凹坑区域103包括若干距离板平面高度大致相等的凹坑105，空白区域104为板片的中心热交换区域的板平面上凹坑区域103围绕形成的空间。即空白区域104为凹坑均匀排布的换热器板片上，按一定规则取消掉某些地方的凹坑形成的区域。
空白区域104周围不同凹坑区域103的凹坑105之间的距离大于或等于同一凹坑区域103内的凹坑105之间的距离。
优选地，空白区域104为条状或带状，空白区域104形成人字波纹、螺旋波纹或圆形波纹。
如图4所示，优选地，空白区域104为人字形波纹，人字形波纹的两条边与板片纵向中心线的夹角107在20°～65°的范围内。
本实施例中，空白区域为人字形波纹，夹角107为27°，整个中心热交换区域只包括表面图案。实际使用时不限于此。
本实施例通过取消部份凹坑形成流体流通管道。不仅结合了两种板片的优势，且在用工用料上有极大的优势。
如图8所示，本发明的换热器板片包括边缘区域100、角孔101、导流区102和中心热交换区域。图8中所示的板片的中心热交换区域为管道区域和表面图案所覆盖的区域。
优选地，板片的中心热交换区域还可以包括管道区域，表面图案和管道区域交替排布。管道区域包括距离板平面高度大致相等的管道106。图8所示的实施例中，表面图案的所有凹坑之间的距离相等，实际使用的时候也可以参照图3中所示的表面图案设计使用。
优选地，本实施例中，中心热交换区域的中心区域为表面图案，且表面图案大致为矩形。
如图8所示，优选地，凹坑区域103的宽度等于中心换热区域的宽度，凹坑区域103的长度b小于板片的宽度a。
优选地，上述凹坑105和管道106均匀排布，凹坑105为球形凹坑、柱状凹坑或多面体凹坑；管道106为人字形图案、波纹型图案或螺旋形图案。
本发明中所述的管道106是指换热器板片上相对板平面凹陷的管状部分，严格的说是半管道。这种形状的管道和别的板片组装后就能在板片和板片之间形成流体通道。
本实施例在延续人字形波纹板换热器的优势的同时，通过在中心热交换区域设置表面图案，利用凹坑式板片承压能力强，能增强流体紊流的优势，在波纹型换热器承压能力最薄弱的地方加强其承压能力，且通过此区域加强流体的紊流效果，进一步改善了换热器的换热效率。
如图5和图9所示，本发明还提供了一种双流道换热器，包括至少一个板组件。板组件包括两个重叠设置的板片：第一板片170和第二板片171，板片为上述实施方式中所述的任意一种板片。
如图5所示，板片170、171的空白区域104为人字形图案时，第二板片171相对第一板片170倒立并叠加设置在第一板片170上。这种安装方式能进一步增加流体的紊流和涡流，进一步改善换热器的换热效率。
实际使用时，板片与相邻板片密封安装。板片(170、171)之间采用焊接的方式密封固定安装，或板片(170、171)之间设置密封垫并在板片边缘施加压力密封固定安装。
如图6和图7所示的板组件包括4个板片，其中，第一板片和第二板片的凹坑105在大致相同的方向凹陷。第一板片170与第二板片171之间形成第一流体流道110，第一板片170与其他板组件之间形成第二流体流道111，第二板片171与其他板组件之间形成第二流体流道111。图6和图7的不同之处仅在于凹坑的形状，图6中凹坑为半球形，图7中凹坑为半六面体形或圆台形。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种换热器板片，所述板片包括中心热交换区域，其特征在于，所述板片的中心热交换区域包括表面图案，所述表面图案包括交替排布的凹坑区域(103)和空白区域(104)，所述凹坑区域(103)包括若干距离所述板片平面高度相等的凹坑(105)，所述空白区域(104)为板片的中心热交换区域的板平面上凹坑区域(103)围绕形成的空间，所述空白区域(104)周围不同凹坑区域(103)的凹坑(105)之间的距离大于或等于同一凹坑区域(103)内的凹坑(105)之间的距离；
所述板片的中心热交换区域包括交替排布的表面图案和管道区域，所述管道区域包括距离所述板片平面高度相等的管道(106)，所述管道区域中没有表面图案，所述中心热交换区域的中心区域为表面图案，所述凹坑区域(103)的宽度等于中心换热区域的宽度。
2.根据权利要求1所述的换热器板片，其特征在于，所述表面图案为矩形。
3.根据权利要求2所述的换热器板片，其特征在于，所述凹坑区域(103)的长度b小于所述板片的宽度a。
4.根据权利要求1-3任一项所述的换热器板片，其特征在于，所述凹坑(105)和管道(106)均匀排布，所述凹坑(105)为球形凹坑、柱状凹坑或多面体凹坑；所述管道(106)为人字形图案、波纹型图案或螺旋形图案。
5.根据权利要求4所述的换热器板片，其特征在于，所述空白区域(104)为条状或带状，所述空白区域(104)形成人字波纹、螺旋波纹或圆形波纹。
6.根据权利要求5所述的换热器板片，其特征在于，所述空白区域(104)为人字形波纹，所述人字形波纹的两条边与所述板片纵向中心线的夹角(107)在20°～65°的范围内。
7.一种双流道换热器，包括至少一个板组件，所述板组件包括两个重叠设置的板片：第一板片(170)和第二板片(171)，其特征在于，所述第一板片(170)和第二板片(171)为权利要求1-6任一项所述的板片；
所述第一板片(170)与相邻的板片密封安装，所述第二板片(171)与相邻的板片密封安装，所述第一板片(170)与第二板片(171)之间形成第一流体流道(110)，所述第一板片(170)与其他板组件之间形成第二流体流道(111)，所述第二板片(171)与其他板组件之间形成第二流体流道(111)。
8.根据权利要求7所述的双流道换热器，其特征在于，所述第一板片(170)和第二板片(171)的凹坑(105)在相同的方向凹陷。
9.根据权利要求8所述的双流道换热器，其特征在于，所述第一板片(170)和第二板片(171)的空白区域(104)为人字形图案时，所述第二板片(171)相对所述第一板片(170)倒立并叠加设置在所述第一板片(170)上。
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