CN106705715B - 换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换热器，涉及的热交换装置技术领域，包括冷流体通道和热流体通道；所述冷流体通道内具有阻碍部，所述阻碍部位于所述冷流体通道内的流体流动方向上，以在所述冷流体通道内产生湍流；所述热流体通道内也具有阻碍部，所述阻碍部位于所述热流体通道内的流体流动方向上，以在所述热流体通道内产生湍流。换热器中一般设置有一定的压力，冷流体和热流体分别在冷流体通道和热流体通道流动，阻碍部改变了流体的流动方向，流体容易形成湍流，当流体以湍流的形式流动时，主要以涡流方式散热，热传递效率提高；同时，流体湍流，流体在换热器中的压降损失较小。

Description

换热器

技术领域

本发明涉及热交换装置的技术领域，尤其是涉及一种换热器。

背景技术

换热器通常是将热量从流体或气体中带走或增加热量到流体或气体中。换热器的一个主要的设计目的是提高换热效率。同时在换热器中需要一定的压力促进流体的流动，因此泵或其他流体压力设备会应用于换热器内，使流体顺利通过。

现有技术中，流体在换热器的内腔中的流动形式主要为层流，换热效率较差；或者在换热器中增加传热元件的表面积，来提高换热器的热效率，但压降损失较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热器，以缓解现有技术中的流体在换热器的内腔中的流动形式主要为层流，换热效率较差；或者在换热器中增加传热元件的表面积，来提高换热器的热效率，但压降损失较多的技术问题。

本发明提供的换热器，包括冷流体通道和热流体通道；所述冷流体通道内具有阻碍部，所述阻碍部位于所述冷流体通道内的流体流动方向上，以在所述冷流体通道内产生湍流；所述热流体通道内也具有阻碍部，所述阻碍部位于所述热流体通道内的流体流动方向上，以在所述热流体通道内产生湍流。

进一步地，所述阻碍部包括凸出部和/或凹陷部。

进一步地，所述阻碍部包括凸出部，所述凸出部包括主凸出部和辅凸出部，所述辅凸出部设置在主凸出部上，并伸向所述冷流体通道或热流体通道。

进一步地，阻碍部包括凸出部，且所述凸出部的数量为多个。

进一步地，所述凸出部的朝向不同。

进一步地，多个所述凸出部之间有间隙。

进一步地，所述阻碍部包括凸出部，且所述凸出部上具有弯曲部和/或扭转部，以用于改变流体的流动方向。

进一步地，所述阻碍部为菱形柱体或楔形柱体或椎体。

进一步地，所述阻碍部由多个薄板组成；多个所述薄板层叠设置。

进一步地，所述换热器包括冷流体的进口和出口、热流体的进口和出口；所述冷流体的进口和出口、热流体的进口和出口在同一平面上。

本发明提供的换热器，包括冷流体通道和热流体通道；所述冷流体通道内具有阻碍部，所述阻碍部位于所述冷流体通道内的流体流动方向上，以在所述冷流体通道内产生湍流；所述热流体通道内也具有阻碍部，所述阻碍部位于所述热流体通道内的流体流动方向上，以在所述热流体通道内产生湍流。换热器中一般设置有一定的压力，冷流体和热流体分别在冷流体通道和热流体通道流动，阻碍部改变了流体的流动方向，流体容易形成湍流，当流体以湍流的形式流动时，主要以涡流方式散热，热传递效率提高；同时，流体湍流，流体在换热器中的压降损失较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的换热器的立体图；

图2为本发明提供的换热器的局部剖视图；

图3为本发明提供的换热器的第一种阻碍部的立体图；

图4为本发明提供的换热器的第一种阻碍部上有流体通过的示意图；

图5为本发明提供的换热器的第二种阻碍部的立体图；

图6为本发明提供的换热器的第三种阻碍部的立体图；

图7为本发明提供的换热器的第四种阻碍部的立体图；

图8为本发明提供的换热器的第五种阻碍部的立体图；

图9位本发明提供的换热器的第六种阻碍部的立体图。

图标：1－冷流体进口；2－冷流体出口；3－热流体进口；4－热流体出口；10－流通通道；；12－凸出部；121－弯曲部；122－扭转部；1221－扭转部A；1222－扭转部B；13－薄板；14－层板；20－流体；131－楔形柱体顶部；132－楔形柱体底部；133－楔形柱侧面；134－菱形柱侧面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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。

换热器的一个主要的设计目的是提高换热效率。同时在换热器中需要一定的压力促进流体的流动，因此泵或其他流体压力设备会应用于换热器内，使流体顺利通过。在设计换热器时，压降损失也要考虑在内。

本发明提供的换热器，如图1、图2所示，包括冷流体通道和热流体通道；冷流体通道内具有阻碍部，阻碍部位于冷流体通道内的流体20流动方向上，以在冷流体通道内产生湍流；热流体通道内也具有阻碍部，阻碍部位于热流体通道内的流体20流动方向上，以在热流体通道内产生湍流。换热器中一般设置有一定的压力，冷流体和热流体分别在冷流体通道和热流体通道流动，阻碍部改变了流体20的流动方向，流体20容易形成湍流，当流体20以湍流的形式流动时，主要以涡流方式散热，热传递效率提高；另一方面，阻碍部相当于增加了面积，有利于提高热传递效率。同时，流体 20产生湍流，流体20在换热器中的压降损失较小；因此，本发明提供的换热器有一定的经济性。

上述冷流体通道和热流体通道可统称为流通通道10。冷流体通道和热流体通道之间的壁面用于换热，即通通道的壁面为换热层。

上述阻碍部可以设置在流通通道10的壁面上，也可以设置在流通通道10中。

具体地，如图3、图4所示，阻碍部可以包括凸出部12和/ 或凹陷部。凸出部12和/或凹陷部可以设置在流通通道10的壁面上。当流体20流过流通部的壁面上时，一定速度的流体20遇到凸出部 12或凹陷部，流体20流向发生改变，在流体20流向发生改变的一段距离内，产生涡流。当流体通道内的一边为热流体时，流体20以涡流形态流动，相对于现有技术中的换热器内部热流体为平流，流体 20以涡流形态流动更易散热。同时，在流通通道10内，周围流体20 可以不再沿同一方相流动，相当对对流通通道10内的流体20进行了一次搅拌，使流体20混合均匀，有利于冷流体和热流体之间的热交换。

为方便说明，以上部为热流体通道，下部为冷流体通道为例。上部的热流体通道和下部的冷流体通道的中间设置为壁面，用于热量传递。在热流体通道的底部的流体20相对于热流体通道上部的流体20 温度低，当流通通道10中的壁面上设置有凸出部12和/或凹陷部时，流体20改变流向，更容易形成湍流，此时热流体通道内底部的温度较低的流体20与上部的温度较高的流体20进行混合，热流体通道底部的热流体温度升高，有利于进行换热。与此同时，在冷流体通道的顶部冷流体相对于冷流体通道底部的冷流体温度高，当流体通道中设置有凸出部12和/或凹陷部时，流体20改变流向，更容易形成湍流，此时冷流体通道内顶部的温度较高的流体20与底部的温度较低的流体20进行混合，热流体通道底部的流体20温度降低，有利于进行换热。因此，流通通道10中设置的凸出部12和/或凹陷部，有利于提高换热效率。同时，由于流通通道10中设置的凸出部12和/或凹陷部，有利于流体20流向的改变，进而形成湍流，流速提高，有利于减少热交换器的压降损失。凸出部12和/或凹陷部相当于增加了换热面积，提高换热效率。

具体地，凸出部12可以为流通通道10的壁面上伸出的结构，如针状或手指状结构。凹陷部可以为流通通道10的壁面上的凹槽结构，流体20流过时，流向发生改变。

进一步地，凸出部12可以包括主凸出部和辅凸出部，辅凸出部设置在主凸出部上，并伸向冷流体通道或热流体通道内。上述设置，用来阻碍流体20的流动，以改变流体20流动的方向，有利于流体通道内流体20的湍流。

进一步地，凸出部12的数量可以为多个。流体20流过多个凸出部12，流体20与多个凸出部12发生碰撞，同时与周围流体20上碰撞，产生湍流。同时增加换热面积，提高热交换效率。

凹陷部的数量也可以为多个，流体20流过多个凹陷部，与多个凹陷部发生碰撞，同时与周围流体20上碰撞，产生湍流。同时增加换热面积，提高热交换效率。

阻碍部可以包括凸出部12和凹陷部。多个凸出部12和凹陷部可以间隔设，以增加改变流体20的流向的幅度，使流体20湍流激烈。

上述凸出部12的朝向可以不同。如根据流体20流动方向设置凸出部12，以增加改变流体20的流向的幅度，使流体20湍流激烈。凸出部12的大小、方向可以被精确控制。

多个凸出部12之间可以有间隙，使流体20在多个凸出部12的间隙中流动。上述设置同样也可以增加改变流体20的流向的幅度，使流体20湍流激烈。

凸出部12上也可以具有弯曲部121和/或扭转部122，以用于改变流体20的流动方向。上述弯曲部121可以为向上或向下的弯曲，也可以为左旋或右旋的扭转。当流体20在多个凸出部12上流动时，流体20随着凸出部12弯曲或扭转的方向流动，此时，流通通道10 中更易形成涡流。上述弯曲或扭转也可以为右螺旋弯曲、向左螺旋弯曲等。

例如，凸出部12可以为手指状的凸出的结构，多个指状的凸出结构向上或向下转动，形成弯曲部121；多个指状的凸出结构左旋或右旋，形成扭转部122。流体20过弯曲部121时，随着弯曲部121 弯曲的方向流动；流体20过扭转部122时，随着扭转部122扭转的方向流动。此时流体20在不同弯曲部121、扭转部122之间形成涡流，有助于流体20的扰动，对于热流体，有助于散热，因此，提高了换热效率。但是，扭转部A1221扭转部B1222之间对流体20有挤压的作用，可能会增加流体20湍流，但同时也会增加流体20的压降。在某些情况下可能不希望这种挤压作用的存在，通过适当的并置或选择特定扭转方向的扭转部122避免发生这样的流体流动。

上述弯曲部121和/或扭转部122的数量可以为多个。多个弯曲部121和/或扭转部122之间间隔设置，流体20在弯曲部121和/或扭转部122之间形成涡流。上述弯曲部121和、扭转部122可以自由地设置，也可以根据流体流通通道10的走向来设计。

进一步地，上述凸出部12可以包括主凸出部和辅凸出部。主凸出部为可以为弯曲部121或扭转部122。辅凸出部可以为在弯曲部121 或扭转部122上设置向流通通道10伸出的结构，如向流体通道伸出的手指状的凸出的结构；也可以在弯曲部121上设置扭转部122，在扭转部122上设置弯曲部121，并伸向流通通道10中。

上述阻碍部可以由多个薄板13组成；多个薄板13层叠设置。层叠的薄板13的数量决定了换热器的高度，进而决定了流体20的走向。例如，三个薄板13层叠，流体20在上述三个薄板13层叠的高度的阻碍部流过。在超过阻碍部区域的部分，流体20可以任意流过。五个薄板13层叠，流体20在上述五个薄板13层叠的高度的阻碍部流过。在超过阻碍部区域的部分，流体20可以任意流过。

层叠的薄板13的形状同样决定了流体20的走向，用以改变流体 20流动的方向，使流通通道10内的流体20发生湍流。薄板13的横截面可以为不同的形状。如上下层叠的薄板13的横截面可以相同，如上下层叠的多个薄板13都为菱形，形成的阻碍部为菱形柱体。上下层叠的薄板13的横截面可以不相同，形成的阻碍部为上下横截面的形状不相同。

上述换热器可以包括冷流体进口1和冷流体出口2、热流体进口 3和热流体出口4；冷流体进口1和冷流体出口2、热流体进口3和热流体出口4可以在同一平面上。这样的设置用在冷流体进、出，热流体进、出在同一侧面上。

换热器的侧壁可以由多个层板14组成，层板14和薄板13连接。当多个层板14之间粘结或焊接时，多个薄板13层叠，也形成不同形状的阻碍部。

上述有薄板13形成的阻碍部可以由冲压成形或液压成形，层板14楼可以粘连在一起，或通过焊接连接，焊接方法不限于软钎焊、硬钎焊和扩散焊。如果采用软钎焊或硬钎焊，将钎料放置于层板14 之间，使层板14焊接到一起。另外，钎料可以以电镀或镀层的方式置于层板14之间，当加热时，钎料融化后相邻层板14就会焊合。钎焊也可以通过炉内钎焊、浸浴钎焊或其它合适的工艺来实现，只要这个过程不会在很大程度上影响理想流体路径的几何形状都可以使用。除了软钎焊或硬钎焊，不使用钎料的焊接方法均可应用于相邻层板 14的连接上。包括但不限于激光焊、电子束焊、超声波焊、电阻焊、压焊以及“电弧焊”，例如熔化极气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊、钨极氩弧焊。

需要说明的是，多个薄板13组成的不同形状成阻碍部。阻碍部可以为菱形柱体或楔形柱体或椎体等形状。

例如，如图5所示，当多个薄板13组成的流通通道10的壁面为楔形柱体时，薄板13具有狭长三角形的楔形形状。楔形柱体顶部131 较宽，随后越来越窄。冷流体和热流体分别由楔形柱体底部132到楔形柱体顶部131沿楔形柱侧面133流过，并改变方向，在楔形柱侧面133的后部，流体20向楔形柱的中心轴向方向靠拢，在菱形柱的中心轴向方向位置处形成涡流，有助于流体20的扰动。

例如，如图6所示，当多个薄板13组成的流通通道10的壁面为菱形柱体时，冷流体和热流体分别在流体20在菱形柱的两个侧面流过，并改变方向，菱形柱侧面134的后部，流体20向菱形柱的中心轴向方向靠拢，在菱形柱的中心轴向方向位置处形成涡流，有助于流体20的扰动。上述设置，可以降低换热器内的流体20压力损失。上述在菱形柱侧面134后部的菱形柱体侧面也可以理解为凹陷部。

例如，当薄板13的底部为圆形，顶部为楔形，多个薄板13组成的流通通道10的壁面可以为如图7所示的形状的结构，上述形状能够进一步降低压力损失。

例如，多个薄板13组成如图8所示形状的结构。上部薄板13 横截面较窄，下部薄板13的横截面较宽，例如冷流体和热流体在上述阻碍部的两侧流动时，传热效率不同，形成了具有梯度导热功能的阻碍部。

上述阻碍部还可以为由薄板13形成的如图9所示形状的结构。薄板13上设置有凸出部12，凸出部12为钉状。钉状结构可以增加换热表面积。

综上所述，本发明提供的换热器，包括冷流体通道和热流体通道；冷流体通道内具有阻碍部，阻碍部位于冷流体通道内的流体流动方向上，以在冷流体通道内产生湍流；热流体通道内也具有阻碍部，阻碍部位于热流体通道内的流体20流动方向上，以在热流体通道内产生湍流。上述阻碍部可以为凸出部12或凹陷部。阻碍部可以有多个薄板13层叠形成，阻碍部的形状可以为菱形柱体或楔形柱体或椎体等形状。上述阻碍部可以灵活地加工制造形成。冷流体和热流体分别在冷流体通道和热流体通道流动，阻碍部改变了流体20的流动方向，流体20容易形成湍流，当流体20以湍流的形式流动时，主要以涡流方式散热，热传递效率提高；上述阻碍部增加了换热面积，提高了换热效率。同时，流体20湍流，流体20 在换热器中的压降损失较小。上述阻碍部可以灵活地加工制造，因而具有一定的经济性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种换热器，包括冷流体通道和热流体通道；其特征在于，所述冷流体通道内具有阻碍部，所述阻碍部位于所述冷流体通道内的流体流动方向上，以在所述冷流体通道内产生湍流；所述热流体通道内也具有阻碍部，所述阻碍部位于所述热流体通道内的流体流动方向上，以在所述热流体通道内产生湍流；

所述阻碍部包括凸出部，且所述凸出部上具有弯曲部和/或扭转部，以用于改变流体的流动方向；

所述凸出部的数量为多个；所述凸出部的朝向不同；多个所述凸出部之间有间隙；

所述阻碍部为菱形柱体或楔形柱体或锥 体；

所述阻碍部由多个薄板组成；多个所述薄板层叠设置；

上下层叠的所述薄板的横截面相同，或，上下层叠的所述薄板的横截面不相同；

所述阻碍部包括凸出部，所述凸出部包括主凸出部和辅凸出部，所述辅凸出部设置在主凸出部上，并伸向所述冷流体通道或热流体通道。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器包括冷流体的进口和出口、热流体的进口和出口；所述冷流体的进口和出口、热流体的进口和出口在同一平面上。