CN103925818A - 交错板式脉动热管换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交错板式脉动热管换热器，包括换热器壳体以及若干换热片，换热片包括换热片基片以及与该换热片基片焊接为一体的前盖板与后盖板，在换热片基片两侧的基片平面上均铣有用于构成蛇形热管结构的凹槽，在所述凹槽周围布设若干通孔。本发明采用换热片双侧均铣有热管形状槽道覆以前后盖板后焊接组成脉动热管，替代了普通换热器埋入蛇形铜管的做法，减少了换热器的接触热阻，大大提高了换热效率；本发明换热片的脉动热管周围设置通孔，作为流动介质的通道，因此未设置通孔的部分就起到了换热器的左右翅片的作用，替代了传统在脉动热管上加装翅片的做法，解决了加装翅片困难的问题，同时避免了翅片与换热片之间的接触热阻，提高换热效率。

Description

交错板式脉动热管换热器

技术领域

本发明涉及热量交换的场合，属于热能回收领域，具体的说是涉及一种新型的交错板式脉动热管换热器。

背景技术

随着社会经济的飞速发展，能源问题举世瞩目，能源的紧缺和浪费问题日益严重，因此积极有效的节能减排措施将具有十分重要的意义。而如何实现有效回收利用能源是现在能源发展的一大难题。其中，对换热器的结构改进，提高其换热效能，进行余热回收是节能减排的一项重要举措。

脉动热管又称振荡流热管，是一种利用其内部工质的相变潜热和汽液振荡而实现能量交换的一种高效的传热元件，其体积小，换热系数高，在工业余热回收及高性能换热器等领域有广泛的应用前景；但是上述脉动热管在制作过程中也存在密封困难，不易添加翅片等缺点。

脉动热管作为新类型的热管，在某些方面比传统热管和板式换热器具有很大优势，在节能和余热回收方面发挥了重大作用。传统热管换热器换热系数大，温降小，易于控制，但因其内部需有吸液芯材料，因此造价高，体积较大，且受重力影响；板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成，各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。它具有换热效率高结构紧凑等优点，是液-液，液-气换热的理想设备，但是温度和压力是限制其应用的关键，且板片的进出口温度差大，导致板片上的温度不均匀，对其性能有一定影响，同时板片易结垢，需经常清洗，鉴于蒸汽有一定的速度，温度压力较高，使得板式换热效率低。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种具有高效传热能力的新型交错板式脉动热管换热器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

交错板式脉动热管换热器，包括换热器壳体以及平行设置于换热器壳体内部的若干换热片，其特征在于：

所述换热器壳体内部中间位置处设置与换热器壳体为一体式结构的隔板；

所述换热片包括换热片基片以及位于该换热片基片两侧，与该换热片基片焊接为一体的前盖板与后盖板，其中，在所述换热片基片两侧的基片平面上均铣有用于构成蛇形热管结构的凹槽，在所述凹槽周围布设若干通孔，且在所述换热片基片与上述隔板相接触的位置处的基片为实体结构；

在上述前盖板与后盖板上均布设有与上述凹槽周围布设的通孔的形状、数量以及通孔位置一致的通孔。

进一步的，在所述换热片基片一侧的基片平面上铣有用于构成蛇形热管结构的凹槽，在所述换热片基片另一侧的基片平面上铣有与上述用于构成蛇形热管结构的凹槽结构相同的凹槽，且使得换热片基片一侧基片平面上的凹槽的正投影与在另一侧的基片平面上凹槽的正投影完全重合。

所述的换热器壳体的上端部设置可开合的上盖板；所述的上盖板一端以铰接形式固定在换热器壳体的上端部，上盖板的另一端能够以铰接轴为中心自由开合。

所述换热片可拆卸设置于换热器壳体内部；在所述换热器壳体的上端部与隔板上均平行设置有若干便于换热片抽插的，且与所述换热片尺寸一致的换热片插槽；在所述热器壳体下底部平行铣有若干用于承载换热片的凹槽结构。

进一步的，上述换热器壳体的上端部的换热片插槽、隔板上的换热片插槽、上述热器壳体下底部的凹槽结构均与所述换热器壳体两侧内壁面之间留有一定的间隔，且相邻的换热片插槽或者凹槽结构与所述换热器壳体任一侧内壁面之间的间隔呈左右交错排列。

所述的换热片包括两种结构形式，两种结构形式的换热片不同之处仅在于两种换热片基片上凹槽周围布设的各个通孔的布置位置不同；且在平行组装于换热器壳体内部时，上述两种换热片相互间隔组装设置。

进一步的，需要保证上述两种换热片基片上的通孔的布置位置为相互错开的结构。

所述换热器壳体的上端部与各个换热片相接触的位置处以及所述隔板与各个换热片相接触的位置处均开有多道用于承装密封圈的密封槽。

所述换热器的工作介质适用于蒸馏水、甲醇、无水乙醇、丙酮、氟利昂、纳米流体中的任一种或多种组合。

所述的换热器壳体由不锈钢制成，且在换热器壳体外部包有一层由聚苯乙烯挤塑式保温板制成的绝热板。

所述的换热片和隔板由铜板制成，所述的密封圈采用橡胶密封。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用换热片双侧均铣有热管形状槽道覆以前后盖板后焊接组成脉动热管，替代了普通换热器埋入蛇形铜管的做法，减少了换热器的接触热阻，大大提高了换热效率；

本发明隔板和壳体上端部均有换热片形状槽道，用于装卸换热片，因此便于更换、清洗换热片，以此调节换热系数，适用于不同要求的换热工况；

本发明换热片的脉动热管周围设置通孔，作为流动介质的通道，因此未设置通孔的部分就起到了换热器的左右翅片的作用，替代了传统在脉动热管上加装翅片的做法，解决了加装翅片困难的问题，同时避免了翅片与换热片之间的接触热阻，提高换热效率；

本发明的冷热介质由于隔板的隔离，避免了混合的问题；而隔板和壳体上端部需隔离部分采用了多道橡胶密封圈，确保完全隔离。

附图说明

图1是本发明所示的换热器的立体结构示意图；

图2是换热器外壳的立体结构示意图；

图3是换热片基片的整体结构图；

图4是换热片基片的局部结构图；

图5是换热片盖板的整体结构图；

图6是隔板局部示意图；

图7是换热片组装结构示意图。

图中：1、换热片，2、隔板，3、换热器壳体，4、换热器壳体上端部上的上盖板，5、换热器壳体上端部及隔板的换热片插槽，6、换热器壳体下底部凹槽，7、凹槽，8、基片通孔，9、基片实体，10、基片翅片，11、密封圈卡槽，12、前盖板，13、后盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种新型的板式脉动热管换热器。在换热片1基片前后两面上均铣有蛇形热管形状的凹槽7，同时使用前盖板12与后盖板13覆盖焊接，则上述盖板12、13(如图5)与凹槽7形成类似于脉动热管原理换热的换热片1；在上述换热片的凹槽7周围布设若干矩形孔-基片通孔8，则未布设基片通孔8的部分相当于换热器翅片10，这样可以有效解决脉动热管换热器不易加装翅片的难题；利用多个换热片交错插接于壳体内部，不仅增加了换热器内流体的运行接触面积，而且结合了热管换热器、板式换热器和翅片的优点，换热效率极高、换热量大，换热片易于拆装，运行不受重力场的影响。

具体的：换热器主要由具有一定厚度，基于脉动热管原理制备的的换热片1、隔板2(如图1所示，本换热器冷热介质由隔板2隔开，换热器前后两端为介质的进出口)、密封圈和换热器壳体3构成。

换热片1：在换热片基片的两面上均铣有蛇形热管形状的凹槽7，且任一侧基片平面上的凹槽7的正投影与在另一侧的基片平面上凹槽7的正投影完全重合，使得基片与前后盖板12、13共同形成基于脉动热管原理的热管通道，凹槽周围周期性均设若干矩形通孔8，且换热片基片与隔板2接触部分为实体9(即不存在通孔)，并与布设有与基片相同矩形孔的前后盖板12、13采取焊接方式结合为一体式换热片(如图7)。

优选的，本发明中的换热片1有两种结构形式，不同之处在于两种换热片上换热片基片的凹槽周围的矩形孔的布置位置不同，两种换热片的矩形孔布设位置上下正好错开；在组装时，两种换热片相互间隔组装，需要交替插入如图1所示的换热器壳体中，使得介质流经的孔道上下左右都错开一定角度，通过一种结构的换热片的孔道后直接接触到另一种结构换热片，增加了介质的流动脉动情况，增大换热面积与接触时间，增加了换热面积，提高换热效率，如图4所示。

图3所示是换热片基片结构图，本例所示的换热片基片是厚度为9mm的铜板，两侧分别开深度为3mm热管形状的凹槽7，热管形状的周围留有1mm宽度的焊接坯子，换热片除坯子和凹槽7外其他部分钻有若干矩形孔-基片通孔8如图4所示，作为介质的流道。换热片基片中间与隔板2相贴合接触的位置处为实体9如图4所示，即不钻孔，由密封圈密封，隔板2内部有用以承载橡胶密封的密封圈卡槽11如图6所示，这样完全隔绝冷热介质的混合。换热器外壳的上端部密封采用相同方法。而换热片上未打矩形孔的实体部分则起到了加装的翅片作用。

综上所述，通过和前后盖板组合形成脉动热管换热片1，把做成一体式脉动热管换热片，换热片上穿孔作为介质流道，相当于加装翅片左右，在强迫对流传热以及脉动热管的相变传热与脉动流动的强化传热共同作用下，有效提高该换热器的换热效率形成新型高效板式脉动热管换热器。

换热器壳体3：如图2所示，换热器壳体3与隔板2为一体，壳体3的上端部设置上盖板4，该上盖板4的一端以铰接方式固定，另一端可以自由开启，换热器通过上盖板4的自由开启更换换热片1。

换热器壳体3上端部与隔板2上均设置有与换热片尺寸大小相同的换热片插槽5通孔，方便换热片的抽插更换，隔板2与换热片1接触部分及换热器上端部与换热片接触部分分别在其边缘对应位置开多道密封卡槽11，以承装密封圈；在壳体的下底部铣有用于承载换热片的左右交错的凹槽6，相邻凹槽6需要水平错开一定距离，如图2中所示。

同时该换热器隔板2和壳体3上端部的多道橡胶密封圈(如图6所示)在布置时与壳体嵌在一起，插入换热片时可与换热片紧密贴合，这样冷热流体可依次交替进入换热空间，避免其混合，达到换热的目的。

所述脉动热管的工作介质为蒸馏水、甲醇、无水乙醇、丙酮、氟利昂、纳米流体中的任一种或多种组合，抽出换热器的换热片充装工作介质，充装之后采用焊锡密封。由于该换热器换热片可抽出，便于对工作介质的更换，以达到不同要求的换热系数。

所述的换热器壳体3由不锈钢制成，换热器外部包有一层绝热板，由聚苯乙烯挤塑式保温板制成，所述的换热片1和隔板2由铜板制成，所述的密封圈采用橡胶密封。鉴于隔板2与换热器外壳3上端部都设有换热片形状的换热片插槽5，因此需要严格密封，密封采用橡胶密封圈，橡胶密封可以承受较高温度，且不易变形，密封效果好，确保冷热介质的完全隔离。

本换热器工作时，换热器内冷热间隔的流体在强迫对流传热、脉动热管的相变传热以及翅片强化传热的共同作用下进行高效的热交换。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.交错板式脉动热管换热器，包括换热器壳体以及平行设置于换热器壳体内部的若干换热片，其特征在于：

所述换热器壳体内部中间位置处设置与换热器壳体为一体式结构的隔板；

所述换热片包括换热片基片以及位于该换热片基片两侧，与该换热片基片焊接为一体的前盖板与后盖板，其中，在所述换热片基片两侧的基片平面上均铣有用于构成蛇形热管结构的凹槽，在所述凹槽周围布设若干通孔，且在所述换热片基片与上述隔板相接触的位置处的基片为实体结构；

在上述前盖板与后盖板上均布设有与上述凹槽周围布设的通孔的形状、数量以及通孔位置一致的通孔。

2.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：在所述换热片基片一侧的基片平面上铣有用于构成蛇形热管结构的凹槽，在所述换热片基片另一侧的基片平面上铣有与上述用于构成蛇形热管结构的凹槽结构相同的凹槽，且使得换热片基片一侧基片平面上的凹槽的正投影与在另一侧的基片平面上凹槽的正投影完全重合。

3.根据权利要求2所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述的换热片包括两种结构形式，两种结构形式的换热片不同之处仅在于两种换热片基片上凹槽周围布设的各个通孔的布置位置不同；且在平行组装于换热器壳体内部时，上述两种换热片相互间隔组装设置。

4.根据权利要求3所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：上述两种换热片基片上的通孔的布置位置为相互错开的结构。

5.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述的换热器壳体的上端部设置可开合的上盖板；所述的上盖板一端以铰接形式固定在换热器壳体的上端部，上盖板的另一端能够以铰接轴为中心自由开合。

6.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述换热片可拆卸设置于换热器壳体内部；在所述换热器壳体的上端部与隔板上均平行设置有若干便于换热片抽插的，且与所述换热片尺寸一致的换热片插槽；在所述热器壳体下底部平行铣有若干用于承载换热片的凹槽结构。

7.根据权利要求6所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：上述换热器壳体的上端部的换热片插槽、隔板上的换热片插槽、上述热器壳体下底部的凹槽结构均与所述换热器壳体两侧内壁面之间留有一定的间隔，且相邻的换热片插槽或者凹槽结构与所述换热器壳体任一侧内壁面之间的间隔呈左右交错排列。

8.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述换热器壳体的上端部与各个换热片相接触的位置处以及所述隔板与各个换热片相接触的位置处均开有多道用于承装密封圈的密封槽。

9.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述换热器的工作介质适用于蒸馏水、甲醇、无水乙醇、丙酮、氟利昂、纳米流体中的任一种或多种组合。

10.根据权利要求1所述的交错板式脉动热管换热器，其特征在于：所述的换热器壳体由不锈钢制成，且在换热器壳体外部包有一层由聚苯乙烯挤塑式保温板制成的绝热板；所述的换热片和隔板由铜板制成，所述的密封圈采用橡胶密封。