CN106679485A - 一种不对称换热器板片及不对称板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种不对称换热器板片，包括主面板，所述主面板具有波纹状表面，该波纹状表面包括波峰面、波谷面、第一斜面和第二斜面，第一斜面与第二斜面相互连接，所述波峰面与波谷面之间通过第一斜面和第二斜面连接；所述第二斜面的高度低于波峰高度的一半。本发明可以堆叠成不对称板式换热器，既可以实现进行热交换的流体的流量调节，使得两种流体的流量差异缩小，也可以适应于需要处理不同流量或不同压力降要求的流体热交换的情形，大幅提高换热效率。

Description

一种不对称换热器板片及不对称板式换热器

技术领域

本发明涉及一种不对称换热器板片及不对称板式换热器。

背景技术

如图1、2所示，常规换热器具有以下特点和不足：

1、板式换热器的板间流体通道由相邻的换热板片1和换热板片2之间形成的空间构成。

2、将换热板片1旋转180°即成换热板片2，优点是换热板片仅需一种，换热板片模具制造成本低。

3、左侧通道A4和右侧通道A5的容积相同，左侧通道B4和右侧通道B5的容积相同。

4、流体一的通道和流体二的通道的容积也相同(即两个通道为对称通道)。

5、一般而言，第一种流体通过流体一进口A1-1进入流体通道A后经流体一出口A1-2流出，由于最短流动路径A1的压力要小于最长流动路径A2，流体一经过最短流动路径A1(右侧通道A5)的流量要大于最长流动路径A2(左侧通道A4)。同样，第二种流体通过流体二进口B2-1进入流体通道B后经流体二出口B2-2流出，由于最短流动路径B1的压力要小于最长流动路径B2，流体二经过最短流动路径B1(左侧通道B4)的流量要大于最长流动路径B2(右侧通道B5)。这样，相邻流道内流体一和流体二进行热交换时，二者的流量存在差异。即左侧通道A4分配到的较小流量的流体一和左侧通道B4分配到的较大流量的流体二进行热交换。右侧通道A5分配到的较大流量的流体一和右侧通道B5分配到的较小流量的流体二进行热交换。两种流体的流量差异越大，热交换效率越低。严重时热交换效率会降低10％甚至更多。

6、同样的，经常会有需要处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换。由于如第4条所示，流体一的通道和流体二的通道的容积相同(即两个通道为对称通道)，和第5条所述的理由相同，两种流体的流量差异越大，热交换效率越低。或者，为了满足某一种流体的压力降要求，不得不增加通道数，降低了热交换效率。严重时热交换效率同样会降低10％甚至更多。

7、综合第5条和第6条所述，板式换热器总的热交换效率会降低20％甚至更多。

申请号为201521045789.9、名称为“一种换热器板片结构”的实用新型专利提供了一种换热器板片结构，包括主面板和两边的挡坡，所述主面板上还交替设有多个波峰面和多个波谷面，所述主面板上还设有第一斜坡面和第二斜坡面，每个波峰面两端分别与第一斜坡面相连接，第一斜坡面与第二斜坡面通过水平延伸面相连接，且第一斜坡面的长度与第二斜坡面的长度不同，每个波谷面两端分别与第二斜坡面相连接。利用该结构的换热器板片可以堆叠形成不对称流体通道的换热器，两种进行热交换的流体的流量不同，适用于需要处理两种不同流量的流体热交换。但该结构的换热器板片由于存在用于连接第一斜坡面与第二斜坡面的水平延伸面，在换热器板片压制时应力集中在该平面的两侧弯曲部位，影响换热器板片的使用寿命。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种不对称换热器板片，该不对称换热器板片可以堆叠成不对称板式换热器，既可以实现进行热交换的流体的流量调节，使得两种流体的流量差异缩小，也可以适应于需要处理不同流量或不同压力降要求的流体热交换的情形，换热器板片使用寿命长。

本发明提供的不对称换热器板片，包括主面板，所述主面板具有波纹状表面，该波纹状表面包括波峰面、波谷面、第一斜面和第二斜面，第一斜面与第二斜面相互连接，所述波峰面与波谷面之间通过第一斜面和第二斜面连接；所述第二斜面的高度低于波峰高度的一半。相邻换热器板片按照波峰面对波谷面的方式形成流体流通的通道，可以根据需要，将两种流体的流通通道设计成容积不等的形式，也可以将同一流体的流通通道分为两个部分，两部分容积不等，适应不同的热交换需要。

为适应处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换的需要，所述主面板正、反两面都具有波纹状表面，主面板的正、反面的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，此时，可采用二种换热器板片，板片的正反两侧纹路结构不同，板片堆叠时，其中一块板片的正面与另一板片的反面堆叠，反面与正面堆叠，依次类推，由于正、反两表面波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，形成的流体流通通道容积也就不等。

为实现正、反两表面的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接；或者，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接。

由于换热器板片形成的流体通道中存在最长流动路径和最短流动路径之分，最长流动路径的压力大于最短流动路径，流体一般优先从最短流动路径流动，也就是说最短流动路径中的流量大于最长流动路径，两种流体的流量差异越大，热交换效率越低，为解决这一问题，本申请的主面板表面分为左、右两个部分，其中，左侧的波峰面所在位置的波纹的截面积与右侧的波峰面所在位置的波纹截面积大小不等、左侧波谷面所在位置的波纹截面积与右侧波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，板片堆叠后形成的流体通道的左、右两部分的容积不等，容积小的流体通道增大了流体经过最短流动路径的压力，强迫流体经过优化流动路径流向较大容积而形成较小压力的最长流动路径，从而使得最长流动路径与最短流动路径的流量趋同。主面板左、右两部分的区域大小可以不相等，根据实际需要来设定，左侧部分可以比右侧部分大，也可以比右侧部分小。

为实现左右两部分相应的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，本发明的主面板左侧部分中，第一斜面与波谷面连接，第二斜面与波峰面连接；所述主面板右侧部分中，第一斜面与波峰面连接，第二斜面与波谷面连接。

本发明还提供一种不对称板式换热器，该不对称板式换热器包括至少一组单元板片组，所述单元板片组包括一块第一板片和两块第二板片，第一板片、第二板片采用本发明提供的不对称换热器板片；第一板片分别与第二板片堆叠形成第一流体通道和第二流体通道，第一流体通道与第二流体通道的容积不相等，和/或，不对称换热器板片分为左、右两个部分，左侧部分第一流体通道、第二流体通道分别与右侧部分第一流体通道、第二流体通道容积不相等。本发明换热器通过具有波纹状表面的板片堆叠形成流体流通通道，供流体流通的通道的容积不相等，可用于处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换的需要。本发明还可以将流通通道的左右两部分设计成容积不等的两部分，从而使得流体流动时因容积小的通道的压力作用而向另一通道流动，从而使得左右通道的流量趋同，提高换热效率。

本发明还提供一种不对称板式换热器，该不对称板式换热器包括至少一组单元板片组，所述单元板片组包括一块第一板片和两块第二板片；所述第一板片、第二板片包括主面板，所述主面板具有波纹状表面，该波纹状表面包括波峰面、波谷面、第一斜面和第二斜面，第一斜面与第二斜面相互连接，所述波峰面与波谷面之间通过第一斜面和第二斜面连接；所述第二斜面的高度低于波峰高度的一半；所述第一板片的主面板的正、反面的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同；第二板片的主面板表面分为左、右两个部分，左侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积分别与右侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同。板片堆叠形成供流体流通的第一通道和第二通道，由于正、反两表面的波谷面所在位置波纹的截面积大小不同，使得第一通道与第二通道容积不等，由于左侧部分的波峰面所在位置的波纹的截面积与右侧的波峰面所在位置的波纹截面积大小不等、左侧波谷面所在位置的波纹截面积与右侧部分波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，使得流体可以从最短流动路径向最长流动路径流动，从而使得最短流动路径与最长流动路径的流量趋同，提高换热效率。

为实现正、反两表面波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接；或者，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接。

为实现左右两部分相应的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，所述主面板左侧部分中，第一斜面与波谷面连接，第二斜面与波峰面连接；所述主面板右侧部分中，第一斜面与波峰面连接，第二斜面与波谷面连接。

本发明具有以下有益效果：(1)同一流体的流通通道的左右两部分的容积不相等，最长流动路径的流通通道的容积大于最短流动路径的流通通道容积，流体从最短流动路径流向最长流动路径，使得两路径的流体的流量趋同，提高换热效率。(2)进行热交换的两种流体的流通通道的容积不相等，适用于需要处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换的情形。(3)换热效率提高10％以上。(4)第一斜面与第二斜面直接连接，板片压制简单，板片使用寿命长。

附图说明

图1为现有技术板片一结构示意图；

图2为现有技术板片二结构示意图；

图3为现有技术板片一与板片二组成的流体通道截面示意图；

图4为本发明板片一结构示意图；

图5为本发明板片二结构示意图；

图6为实施例一示意图；

图7为实施例二示意图；

图8为实施例三示意图。

图中：1、第一板片；2、第二板片；3、第一斜面；4、第二斜面；5-波峰面；6-波谷面；A、第一流体通道；A1-1、流体一进口；A1-2、流体一出口；A1、B1、最短流动路径；A2、B2、最长流动路径；A4、B4、左侧通道；A5、B5、右侧通道；B、第二流体通道；B2-1、流体二进口；B2-2、流体二出口。

具体实施方式

实施例一：

如图6所示，图中示出了本发明提供的不对称板式换热器的其中三块板片堆叠结构，包括第一板片1以及两块第二板片2，第一板片1与第二板片2的结构相同。以第二板片2例，第二板片2包括主面板，主面板具有波纹状表面，波纹状表面包括波峰面5、波谷面6、第一斜面3、第二斜面4，第一斜面3与第二斜面4连接，波峰面5与波谷面6通过第一斜面3、第二斜面4连接，第二斜面4的高度低于波峰高度的一半，即低于波峰面5与波谷面6之间的距离的一半。结合图4、5，第一板片1的正面与位于上方的第二板片2的反面形成供流体一流动的第一流通道A，第一板片1的反面与位于下方的第二板片2的正面形成供流体二流动的第二流体通道B；第一板片1、第二板片2可以分为左右两部分，左半部分的波峰面所在位置的波纹的截面积与右半部分的波峰面所在位置的波纹的截面积大小不同、左半部分的波谷面所在位置的波纹的截面积与右半部分的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，从图6可以看出，供第一流体流动的第一流体通道A中的左侧通道A4的容积大于右侧通道A5的容积，供第二流体流动的第二流体通道B中的左侧通道B4的容积小于右侧通道B5的容积。为实现左半部分、右半部分的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同，从而实现左、右侧通道的容积不同，仍以第二板片2为例，左半部分中，第一斜面3与波谷面6连接，第二斜面4与波峰面5连接，右半部分中，第二斜面4与波谷面6连接，第一斜面3与波峰面5连接。需要说明的是，图6中示出的左、右两部分区域大小大致相等，也可以根据需要将两部分区域大小设置得不相等。

结合图4、5、6，采用本实施例形成的不对称换热器具有以下特点：

1、板式换热器的板间流体通道由相邻的第一板片1和第二板片2之间形成的空间构成。

2、将第二板片2旋转180°即成第一板片1，优点是换热板片仅需一种，换热板片模具制造成本低。

3、左侧通道A4的容积较右侧通道A5的容积要大，左侧通道B4的容积较右侧通道B5的容积要小。

4、流体一通过流体一进口A1-1进入第一流体通道A后经流体一出口A1-2流出，由于右侧通道A5的容积较小，增大了流体一经过最短流动路径A1的压力，强迫流体经过优化流动路径A3流向较大容积而形成较小压力的最长流动路径A2。这样，流体一经过最短流动路径A1(右侧通道A5)的流量趋同于最长流动路径A2(左侧通道A4)的流量。同样，流体二通过流体二进口B2-1进入第二流体通道B后经流体二出口B2-2流出，由于左侧通道B4的容积较小，增大了流体二经过最短流动路径B1的压力，强迫流体经过优化流动路径B3流向较大容积而形成较小压力的最长流动路径B2。这样，流体二经过最短流动路径B1(左侧通道B4)的流量趋同于最长流动路径B2(右侧通道B5)的流量。这样，相邻流道内流体一和流体二进行热交换时，二者的流量差异较小。即左侧通道A4分配到的额外流量的流体一和左侧通道B4适当减少的流量的流体二进行热交换。右侧通道A5适当减少的流量的流体一和右侧通道B5分配到的额外流量的流体二进行热交换。两种流体的流量差异越小，热交换效率越高。通常热交换效率会提高5％甚至更多。

实施例二：

如图7所示，图中示出了本发明提供的不对称板式换热器的其中三块板片堆叠结构，包括第一板片1以及两块第二板片2，第一板片1与第二板片2的结构不同。以第二板片2例，第二板片2包括主面板，主面板具有波纹状表面，波纹状表面包括波峰面5、波谷面6、第一斜面3、第二斜面4，第一斜面3与第二斜面4连接，波峰面5与波谷面6通过第一斜面3、第二斜面4连接，第二斜面4的高度低于波峰高度的一半，即低于波峰面5与波谷面6之间的距离的一半。第二板片2正面的波纹状表面中，第二斜面4与波峰面5连接，第一斜面3与波谷面6连接(正面向上)，第二板片2反面的波纹状表面中，第二斜面4与波谷面6连接，第一斜面3与波峰面5连接(反面向上)。第一板片1结构与第二板片2正好相反，第一板片1正面的波纹状表面中，第一斜面3与波峰面5连接，第二斜面4与波谷面6连接(正面向上)，第一板片反面的波纹状表面中，第一斜面3与波谷面6连接，第二斜面4与波峰面5连接(反面向上)。需要指出的是，板片的波纹状结构一般采用冲压方式制作，图中的波纹结构在压制在板片上后，从板片正面来看，正面的波谷面正好在反面形成波峰面，正面的波峰面正好在反面形成波谷面。结合图4、5，一块第一板片1与两块第二板片2堆叠，第一板片1的正面与位于上方的第二板片2的反面形成供流体一流动的第一流体通道A，第一板片1的反面与位于下方的第二板片2的正面形成供流体二流动的第二流体通道B；第一板片1、第二板片2的这种波纹结构，使得第一板片1以及第二板片2的波峰面与其波谷面所在位置的波纹截面积大小，最终使得第一流体通道A与第二流体通道B的容积不同，从图7可以看出，供第一流体流动的第一流体通道A(左侧通道A4、右侧通道A5)的容积大于供第二流体流动的第二流体通道B(左侧通道B4、右侧通道B5)的容积，这样有利于需要处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换。。

结合图4、5、7，采用本实施例形成的不对称换热器具有以下特点：

1、板式换热器的板间流体通道由相邻的第一板片1和第二板片2之间形成的空间构成。

2、缺点是需要用两种不同结构的板片构成，换热板片模具制造成本较高。

3、左侧通道A4的容积和右侧通道A5的容积相等，左侧通道B4的容积和右侧通道B5的容积相等。

4、流体一的第一流体通道A较流体二的第二流体通道B的容积要大(即两个通道为不对称通道)。

5、经常有需要处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换。由于流体一的第一流体通道A较流体二的第二流体通道B的容积要大(即两个通道为不对称通道)，可以将流量较大的流体流经流体一的第一流体通道A，将流量较小的流体流经流体二的第二流体通道B，以获得较高的热交换效率和合适的压力降。6、或者，为了满足苛刻的压力降要求，如油冷却，可以将高粘度的油流经容积较大的流体一的第一流体通道A。

实施例三：

如图8所示，本实施例结合了实施例一和实施例二的特点，第一板片1采用实施例二中的第一板片1结构，第二板片2采用实施例一中的第二板片2结构。

结合图4、5、8，采用本实施例形成的不对称换热器具有以下特点：

1、结合实施例一和实施例二的换热器的优点，构成了本实施例的板式换热器。

2、板式换热器的板间流体通道由相邻的第一板片1和第二板片2之间形成的空间构成。

3、第一板片1可采用实施例二中的第一板片1，第二板片2可采用实施例一中的第二板片2。

4、左侧通道A4的容积较右侧通道A5的容积要大，左侧通道B4的容积较右侧通道B5的容积要小。

5、流体一的第一流体通道A和流体二的第二流体通道B的容积也不相同(即两个通道为不对称通道)。

6、流体一通过流体一进口A1-1进入第一流体通道A后经流体一出口A1-2流出，由于右侧通道A5的容积较小，增大了流体一经过最短流动路径A1的压力，强迫流体经过优化流动路径A3流向较大容积而形成较小压力的最长流动路径A2。这样，流体一经过最短流动路径A1(右侧通道A5)的流量趋同于最长流动路径A2(左侧通道A4)的流量。同样，流体二通过流体二进口B2-1进入第二流体通道B后经流体二出口B2-2流出，由于左侧通道B4的容积较小，增大了流体二经过最短流动路径B1的压力，强迫流体经过优化流动路径B3流向较大容积而形成较小压力的最长流动路径B2。这样，流体二经过最短流动路径B1(左侧通道B4)的流量趋同于最长流动路径B2(右侧通道B5)的流量。这样，相邻流道内流体一和流体二进行热交换时，二者的流量差异较小。即左侧通道A4分配到的额外流量的流体一和左侧通道B4适当减少的流量的流体二进行热交换。右侧通道A5适当减少的流量的流体一和右侧通道B5分配到的额外流量的流体二进行热交换。两种流体的流量差异越小，热交换效率越高。通常热交换效率会提高5％甚至更多。

7、同样的，经常会有需要处理两种不同流量或不同压力降要求的流体热交换。由于如第5条所述，流体一的第一流体通道A和流体二的第二流体通道B的容积也不相同(即两个通道为不对称通道)，和第6条所述的理由相同，两种流体的流量差异越小，热交换效率越高，并获得合适的压力降。热交换效率同样会提高5％甚至更多。

8、综合第6条和第7条所述，本实施例板式换热器总的热交换效率会提高10％甚至更多。

本申请与ZL201521045789.9实用新型专利相比，除了上述技术优点之外，本申请的第一斜面与第二斜面直接相连，不存在中间水平延伸面，板片使用寿命长，此外，本申请可以利用两种板片堆叠形成多种形式换热器，适用于不同需要，提高换热效率的同时大大节约成本。

Claims (10)

1.一种不对称换热器板片，包括主面板，其特征在于：所述主面板具有波纹状表面，该波纹状表面包括波峰面、波谷面、第一斜面和第二斜面，第一斜面与第二斜面相互连接，所述波峰面与波谷面之间通过第一斜面和第二斜面连接；所述第二斜面的高度低于波峰高度的一半。

2.如权利要求1所述的不对称换热器板片，其特征在于：所述主面板的正、反面的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同。

3.如权利要求2所述的不对称换热器板片，其特征在于：所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接；或者，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接。

4.如权利要求1所述的不对称换热器板片，其特征在于：所述主面板表面分为左、右两个部分，其中，左侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积分别与右侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同。

5.如权利要求4所述的不对称换热器板片，其特征在于：主面板左、右两部分的区域大小不相等。

6.如权利要求4所述的不对称换热器板片，其特征在于：所述主面板左侧部分中，第一斜面与波谷面连接，第二斜面与波峰面连接；所述主面板右侧部分中，第一斜面与波峰面连接，第二斜面与波谷面连接。

7.一种不对称板式换热器，该不对称板式换热器包括至少一组单元板片组，其特征在于：所述单元板片组包括一块第一板片和两块第二板片，第一板片、第二板片采用权利要求1-6任一权利要求所述的不对称换热器板片；第一板片分别与第二板片堆叠形成第一流体通道和第二流体通道，第一流体通道与第二流体通道的容积不相等，和/或，不对称换热器板片分为左、右两个部分，左侧部分第一流体通道、第二流体通道分别与右侧部分第一流体通道、第二流体通道容积不相等。

8.一种不对称板式换热器，该不对称板式换热器包括至少一组单元板片组，其特征在于：所述单元板片组包括一块第一板片和两块第二板片；所述第一板片、第二板片包括主面板，所述主面板具有波纹状表面，该波纹状表面包括波峰面、波谷面、第一斜面和第二斜面，第一斜面与第二斜面相互连接，所述波峰面与波谷面之间通过第一斜面和第二斜面连接；所述第二斜面的高度低于波峰高度的一半；所述第一板片的主面板的正反面的波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同；第二板片的主面板表面分为左、右两个部分，左侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积分别与右侧的波峰面、波谷面所在位置的波纹的截面积大小不同。

9.如权利要求8所述的不对称板式换热器，其特征在于：所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接；或者，所述主面板正面的波纹状表面中，第二斜面与波谷面连接，第一斜面与波峰面连接，所述主面板反面的波纹状表面中，第二斜面与波峰面连接，第一斜面与波谷面连接。

10.如权利要求8所述的不对称板式换热器，其特征在于：所述主面板左侧部分中，第一斜面与波谷面连接，第二斜面与波峰面连接；所述主面板右侧部分中，第一斜面与波峰面连接，第二斜面与波谷面连接。