CN105180705A

CN105180705A - 一种用于换热器的板片

Info

Publication number: CN105180705A
Application number: CN201510423001.1A
Authority: CN
Inventors: 韩芳明; 刘俊秀; 肖波; 阮青文; 吕新哲
Original assignee: Aerospace Hiwing Harbin Titanium Industrial Co Ltd
Current assignee: Aerospace Hiwing Harbin Titanium Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-07-17
Also published as: CN105180705B

Abstract

本发明公开了一种用于换热器的板片，属于换热装置技术领域。本发明所提供的板片主要由基体和通过化学蚀刻在基体上加工出的换热流道组成。其中，换热流道分为分流流道，汇流流道和曲折流道。分流流道通过曲折流道与汇流流道连通，分流流道的自由端为介质进口，汇流流道的自由端为介质出口。本发明的板片采用一对汇流流道和分流流道对应多条曲折流道的方式，增强了换热器在进出口的换热效能，解决了换热器因流道水力半径增大而引起的换热效能下降的问题。

Description

一种用于换热器的板片

技术领域

本发明涉及一种用于换热器的板片，尤其涉及用于油气生产行业的微通道换热器板片，属于换热装置技术领域。

背景技术

目前，空气能空调、空气能热水器中使用的微通道换热器的板片材质多采用铝合金，制约了微通道换热器的设计压力的提高，部分采用铜合金、不锈钢的微通道换热器也多将工质的进出管线加工到板片上，制约了换热器进出口的布置方式。如专利公布号CN102494547A中涉及的用于微通道换热器的板片将进出管线加工到板片上，导致进出口管线只能布置在同一个平面上。专利公布号CN201973962U和CN102313401A优化了板片的流道布置方式，使换热器的进出口可以布置在不同的平面上，增强了管线布局的灵活性。但上述三个实用新型中存在着以下几个问题：

1)板片上微流道的截面成矩形，使板片存在应力集中的可能；

2)板片的厚度过小，腐蚀余量不足，使用寿命有限，对工质的要求比较严苛；

3)板片的水力学直径过小，不适用于工质为悬浮液的绝大部分工业应用。

4)进出口的通流面积过大，降低了进出口段的强化换热效应。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于换热器的板片，采取的技术方案如下：

本发明的目的在于提供一种用于换热器的板片，其特征在于，主要由基体7和通过化学蚀刻在基体7上加工出的换热流道8组成，其中，换热流道8由分流流道1，汇流流道2和曲折流道3组成，分流流道1的一端为介质的进口，另一端与曲折流道3连通，曲折流道3连通分流流道1和汇流流道2，汇流流道2不与曲折流道3连通的一端设有介质出口，连通的分流流道1，汇流流道2和曲折流道3形成一族换热流道8；在曲折流道3与分流流道1和汇流流道2连接处设有延伸流道5，延伸流道5与曲折流道3末端的矢量方向相同，与分流流道1或汇流流道2的夹角为钝角。

优选地，所述换热流道8全部位于基体7的一面；基体7的另一面为平面。

优选地，所述一族换热流道8，可以由一条分流流道1和汇流流道2与多条曲折流道3组成。

优选地，所述换热流道8，数量为两族以上，并且相邻的两族换热流道8的延伸流道5之间设有孤岛结构6。

优选地，所述分流流道1，汇流流道2和曲折流道3的截面为半圆形或椭圆形等类圆结构，且分流流道1，汇流流道2和曲折流道3的截面面积相同。

优选地，所述分流流道1和汇流流道2为直流流道，不同族的分流流道1和汇流流道2相互平行；所述曲折流道3是由若干条等边结构组成，相邻两边的夹角为110-130°，单个等边结构的跨度为9-27mm，等边结构所形成的夹角可以是尖角也可以是圆角，圆角的半径不大于单个等边结构跨度的30％。

更优选地，所述曲折流道3的单个等边结构的跨度与所在族的换热流道8中所有分流流道1和汇流流道2的族间距相同；所述曲折流道3等边结构为圆角时，在相邻曲折流道3之间，圆角拐角处的间距为1.0-1.2mm，平行处的间距为1.0mm。

优选地，所述延伸流道5，不同的延伸流道5长度不同但相互平行。

优选地，所述基体7是可以是不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料，也可以是陶瓷、PVC等非金属材料，厚度为1.5-4.0mm，表面粗糙度为1.6-3.2μm，平面度小于10μm。

优选地，其特征在于，基体7上的换热流道8的截面深度为基体7的60-75％，水力学直径为1.0-3.0mm。

本发明有益效果：

本发明所要解决的技术问题是明确提供一种可用于油气生产行业的微通道换热器的板片。为实现上述目的，本发明提供了一种蚀刻有类半圆形流道的板片，避免了因工作压力过高使换热板片由于应力集中而造成破坏的现象的发生；增大了换热板片的厚度和流道的水力学半径，使板片可以适应工业生产，尤其是油气生产的需要，可以允许流道的工质中含有一定量的杂质，不会因为工质中杂质的长期磨损而发生破坏，影响换热器的使用寿命；本发明通过一对汇流流道和分流流道对应多条曲折流道的方式，增强了换热器在进出口的换热效能，弥补了换热器因流道水力半径增大而引起的换热效能下降的问题。现有板式换热器板片的换热面积为100-150m²/m³，利用本申请的板片制成的同样的板式换热器的换热面积可达到1000m²/m³。

本发明所提供的板片，只需在基体上进行流道的蚀刻，不需在板片上加工出大孔径的角孔等结构，具有制备工艺简单，加工方便的特点。

附图说明

图1为本发明一种优选方案中板片的结构示意图；

(1，分流流道；2，汇流流道；3，曲折流道；6，孤岛结构；7，基体；8，换热流道)。

图2为图1中一个分流流道与曲折流道连接部位结构的局部放大图；

(1，分流流道；3，曲折流道；5，延伸流道；6，孤岛结构；8，换热流道)。

图3为图2所示结构的一种替换形式；

(1，分流流道；3，曲折流道；4，圆角结构；5，延伸流道；6，孤岛结构)。

图4为分流流道出口部位的截面结构示意图图；

(7，基体；9，介质进口)。

图5为本发明所提供的一种板片叠压过程中的结构示意图；

(1，分流流道；2，汇流流道；3，曲折流道；5，延伸流道；7，基体；8，换热流道；9，介质进口；10，介质出口)。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

下面结合附图，对本发明进行详细说明：

图1为本发明一种优选方案中板片的结构示意图。从图1中可知，该板片呈长方形，主要由基体7和通过化学蚀刻在基体7上加工出的换热流道8组成，其中，换热流道8由分流流道1，汇流流道2和曲折流道3组成。分流流道1的矢量方向与板片的短边向平行。分流流道1的一端为介质的进口，与介质容器或容器管道连接，便于引导并分流介质向曲折流道3流动，分流流道1的另一端与曲折流道3连通。曲折流道3连通分流流道1和汇流流道2，汇流流道2不与曲折流道3连通的一端设有介质出口，便于接触流出流道。整个板片共有17族换热流道8。其中，每族换热流道8由3条分流流道1，3条汇流流道2和6条曲折流道3组成。每2条曲折流道连接在1条分流流道1和1条汇流流道2上。相邻的两族换热流道8之间设有孤岛结构6，可作为扩散焊和钎焊的焊点，加强板片的连接强度。

本实施例所制备的板片采用钛合金制成，厚度为4.0mm，表面粗糙度为1.6μm，平面度小于10μm。分流流道1和汇流流道2为直流流道，不同族的分流流道1和汇流流道2相互平行。曲折流道3是由若干条等边结构组成，相邻两边的夹角为120°，单个等边结构的跨度为20mm，等边结构所形成的夹角为尖角。

图2为图1中一个分流流道与曲折流道连接部位结构的局部放大图。从图2中可知，曲折流道3相邻的等边结构夹角为尖角。同时，曲折流道3的单个等边结构的跨度与所在族的换热流道8中所有分流流道1和汇流流道2的族间距相同。此外，在曲折流道3与分流流道1的连接设有延伸流道5，不同的延伸流道5的长度不同，但各个延伸流道5彼此平行。同时，延伸流道5的矢量方向与曲折流道3末端的方向相同。

图3是图2所示结构的一种替换形式。从图3中可以看出，曲折流道3中相邻的等边结构连接处为圆角结构，其中，圆角的半径小于单个等边结构跨度的30％。在相邻的曲折流道3中，圆角拐角处的间距为1.2mm，平行流道的间距为1.0mm，中间部位渐变过渡。由于曲折流道3的拐角处是侵蚀最严重的部位，增加拐角处的间距可以强化这一易损部位，提供板片的侵蚀余量，延长板片的使用寿命。图4为板片的分流流道出口部位的截面结构示意图。从图4可以看出，基体7的一面蚀刻有流道，另一面为平面。其中，换热流道8的截面深度为基体7的75％，水力学直径为3.0mm。

图5为本发明所提供的一种板片叠压过程中的结构示意图。板片在使用过程中可以通过扩散焊或钎焊的方式将各个板片连接成一体。从图5中可以看到，该板片上只有一族换热流道8，一共5层板片，这5层板片叠压成一体。每一层的板片上换热流道8的走向一致。在板片的连接过程中，可以采用每层板片直接相连的方式，如一层板片的平面连接到另一层板片带有流道的一面，从而在两层板片之间封闭的流道。其中，分流流道1的开口端为介质进口9，介质可从此进口进入到换热板片中。汇流流道2的开口端为介质的出口10，介质由该口流出板片。

板片上换热流道8的数量可以根据实际需要进行确定。需要换热面积较大时，换热流道8的蚀刻数量多，当需要换热面积小时，蚀刻的换热流道的数量则按实际需要调低。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种用于换热器的板片，其特征在于，主要由基体（7）和通过化学蚀刻在基体（7）上加工出的换热流道（8）组成，其中，换热流道（8）由分流流道（1），汇流流道（2）和曲折流道（3）组成，分流流道（1）的一端为介质的进口，另一端与曲折流道（3）连通，曲折流道（3）连通分流流道（1）和汇流流道（2），汇流流道（2）不与曲折流道（3）连通的一端设有介质出口，一条以上连通的分流流道（1），汇流流道（2）和曲折流道（3）形成一族换热流道（8）；在曲折流道（3）与分流流道（1）和汇流流道（2）连接处设有延伸流道（5），延伸流道（5）与曲折流道（3）末端的矢量方向相同，与分流流道（1）或汇流流道（2）的夹角为钝角。

2.权利要求1所述板片，其特征在于，所述换热流道（8）全部位于基体（7）的一面；基体（7）的另一面为平面。

3.权利要求1所述板片，其特征在于，所述一族换热流道（8），可以由一条分流流道（1）和汇流流道（2）与多条曲折流道（3）组成。

4.权利要求1所述板片，其特征在于，所述换热流道（8），数量为两族以上，并且相邻的两族换热流道（8）的延伸流道（5）之间设有孤岛结构（6）。

5.权利要求1所述板片，其特征在于，所述分流流道（1），汇流流道（2）和曲折流道（3）的截面为半圆形、圆弧形或椭圆形，且分流流道（1），汇流流道（2）和曲折流道（3）的截面面积相同。

6.权利要求1所述板片，其特征在于，所述分流流道（1）和汇流流道（2）为直流流道，不同族的分流流道（1）和汇流流道（2）相互平行；所述曲折流道（3）是由若干条等边结构组成，相邻两边的夹角为110-130°，单个等边结构的跨度为9-27mm，等边结构所形成的夹角可以是尖角也可以是圆角，圆角的半径不大于单个等边结构跨度的30%。

7.权利要求6所述板片，其特征在于，所述曲折流道（3）的单个等边结构的跨度与所在族的分流流道（1）或汇流流道（2）的族间距相同；所述曲折流道（3）等边结构为圆角时，在相邻曲折流道（3）之间，圆角拐角处的间距为1.0-1.2mm，平行处的间距为1.0mm。

8.权利要求1所述板片，其特征在于，所述延伸流道（5），不同的延伸流道（5）长度不同但相互平行。

9.权利要求1所述板片，其特征在于，所述基体（7）是金属材料或非金属材料，厚度为1.5-4.0mm，表面粗糙度为1.6-3.2μm，平面度小于10μm。

10.权利要求9所述板片，其特征在于，基体（7）上的换热流道（8）的截面深度为基体（7）的60-75%，水力学直径为1.0-3.0mm。