CN106931821A - 一种换热板和气体‑液体换热器 - Google Patents

一种换热板和气体‑液体换热器 Download PDF

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郭江峰
淮秀兰
成克用
崔欣莹
相梦如
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning

Abstract

本发明公开了一种换热板，在换热板表面加工出微小形通道，以供高温气体或冷却液体流动，本发明还提供一种气体‑液体换热器，该换热器芯体部分由热气体侧换热板和冷液体侧换热板构成，加工出微小通道的换热板按照两层热气体侧板、一层冷却液体层换热板交错堆叠，进行每层换热板之间通过真空扩散焊接加工连接，从而构成换热器芯体换热核心。本发明提供的气体‑液体换热器及其换热板可极大提高换热器的紧凑度，提高了换热效率以及耐高温、高压、耐腐蚀的能力。

Description

一种换热板和气体-液体换热器
技术领域
本发明涉及换热技术领域，尤其涉及一种换热板和气体-液体换热器。
背景技术
换热器广泛应用于能源动力、航空航天、化工制药等行业，对于节能减排战略实施有着重要意义。气体与液体换热是常见的一种换热形式，而且多见于液体对气体进行冷却过程。对于一些航空航天、军事工业等部门对换热器结构、尺寸、重量，工质压降、换热能力等都有很高的要求。但是传统的换热器存在换热效率较低、压力损失较大、易腐蚀等问题。例如，图1所示的板翅式换热器的换热板结构，在相邻换热板上通过焊接方式连接上翅片，翅片与换热板之间存在焊料填充物增加了热阻，使传热效果降低；同时，焊料填充物易被腐蚀，造成翅片开裂，从而使换热器失效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述问题，本发明提供一种气体-液体换热器以及其制作工艺过程，以期解决上述问题。
(二)技术方案
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种换热板，在换热板表面形成有微小形通道，所述微小形通道供介质流动。
优选地，所述微小形通道包括多条延伸方向一致的通道，所述通道的截面为半圆形、矩形、三角形、梯形和波浪形中的一种或多种。
优选地，所述换热板为单流程结构，微小形通道的各条通道相互独立，互不贯通；或，所述换热板为多流程结构，微小形通道的各条通道相互贯通。
优选地，所述微小形通道采用刻蚀工艺或精加工工艺加工而成。
优选地，所述微小形通道等效直径在0.1～3mm范围内，进一步地，所述微小形通道等效直径在0.1～2mm范围内。
一种气体-液体换热器，包括芯体，所述芯体包括上述的换热板。
优选地，所述芯体由多组换热板堆叠而成，每组换热板包括至少一层第一换热板和堆叠于第一换热板上的至少一层第二换热板，所述第二换热板的层数不少于第一换热板的层数。
优选地，所述第一换热板作为冷却液体侧板，第二换热板作为热气体侧板，所述第一换热板和第二换热板采用顺流、逆流或错流形式布置。
优选地，所述每组换热板包括一层冷却液体侧板和堆叠于冷却液体侧板上的两层热气体侧板。
优选地，所述第一换热板和第二换热板之间通过真空扩散焊接工艺连接。
(三)有益效果
本发明提供的换热板结构简单，换热效率高，压降低；本发明提供的气体-液体换热器可极大提高换热器的紧凑度，提高了换热效率，以及换热器耐高温、高压、耐腐蚀的能力。
附图说明
图1是现有板翅式换热器结构示意图；
图2是本发明实施例的换热板结构侧视图，(a)是矩形通道，(b)是半圆形通道；
图3是本发明实施例的采用直线通道结构示意图；
图4是本发明实施例的采用波纹形通道结构示意图；
图5是本发明实施例的多流程结构的换热板结构示意图；
图6是本发明实施例的换热器芯体结构示意图；
图7是本发明实施例的换热器逆流布置形式；
图8是本发明实施例的换热器错流布置形式。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明第一实施例提供一种换热板，换热板表面具有微小形通道，微小形通道的等效直径最小可达0.1mm，可在0.1～3mm范围内灵活选取，在一些实施例中，微小形通道等效直径进一步可选的范围为0.1～2mm，微小形通道包括多条延伸方向一致的通道，通道的截面可为任意形状，如考虑便于加工和减小成本，其截面可以是矩形或半圆形，分别如图2的(a)和(b)所示，也可以是三角形或梯形等其他形状；微小形通道可采用如图3所示的直线通道结构，或非直线通道结构，例如图4所示的波纹形通道结构。微小形通道的截面形状及通道结构可根据冷热介质的流体性能和换热条件选择通道形式，如供高温气体流通的换热板可采用如图3所示的矩形截面的直线通道结构，以降低气体的压力损失，供冷却液体流通的换热板可采用如图4所示的半圆形截面的波纹形通道结构，以增大液体湍动能，提高换热能力，同时，由于液体流速远低于气体流速，冷却液体侧采用波纹形通道结构并不会大幅提高压力损失。换热板可以是不锈钢、钛合金等金属材料。微小形通道可以采用刻蚀工艺或精加工工艺。
本发明的换热板与现有换热板相比具有结构简单，换热效率高，耐高温、高压、耐腐蚀的优点，采用的换热通道加工方式，不存在焊接翅片过程，不存在焊料填充物，在微小结构尺寸下，通道两侧肋片均可近似认为和换热板一样的一次换热表面，从而相对于现有板翅式换热器一方面提高了换热效率，另一方面，由于不存在焊料填充物，极大提高了换热器耐高温、高压、耐腐蚀的能力。
在本实施例中，换热板可以采用单流程结构，即微小形通道的各条通道相互独立，互不贯通，高温气体和冷却液体并行流经各条通道实现换热；换热板也可以采用多流程结构，如图5所示，微小形通道的相邻两个通道通过通道壁上的缺口连通，各条通道相互贯通，高温气体和冷却液体多次折返，顺次流经各条通道实现换热。灵活的通道结构布置方式极大提高了换热器适应能力，可以应用于不同布局要求的空间要求内。
本发明第二实施例提供一种气体-液体换热器，该换热器包括芯体，该芯体由第一实施例的换热板构成，图6显示了换热器芯体的一种结构，如图6所示，芯体由多组换热板堆叠而成，每组换热板包括一层第一换热板和堆叠于第一换热板上的两层第二换热板，其中，第一换热板的微小形通道截面是半圆形，第二换热板的微小型通道截面是矩形。相邻两层换热板之间通过真空扩散焊接工艺连接，从而构成换热器芯体。第一换热板作为冷却液体侧板，第二换热板作为热气体侧板。
本实施例的换热器采用两层热气体层板、一层冷却液层板的布置方式，使气体侧通道截面大于液体侧通道截面，一是扩大气体换热面积和流量，从而平衡气体、液体两侧由于换热系数、热容流率差距较大而产生的两侧热平衡的问题；另一方面，增加了气体侧流通面积，减小了压力损失，对于气体侧压降要求严格的条件极为适用。真空扩散焊接不需要焊料填充物，使换热板之间实现原子与原子之间紧密连接，从而使换热板之间只存在母体材料，换热器芯体耐高温、高压能力极强。
虽然图6中的换热器由六组换热板堆叠而成，每组换热板包括一层第一换热板和两层第二换热板，但本发明并不限于此，换热器可以具有少于或多于六组的换热板堆叠而成，每组换热板可以包括第一数量的第一换热板和第二数量的第二换热板，其中第二数量可大于第一数量。第一换热板的微小形通道截面可以是半圆形之外的其他形状，第二换热板的微小形通道截面可以是矩形之外的其他形状。本实施例的换热器，作为冷却液体侧板的第一换热板和作为热气体侧板的第二换热板可按照顺流、逆流或错流形式布置，图7为换热器逆流布置形式，如图7所示，第一换热板微小型通道与第二换热板微小型通道平行布置，形成延伸方向一致的水通道和空气通道，热气体与冷液体分别沿空气通道和水通道平行流动且方向相反，逆流布置可提高换热效率，减小换热器面积，提高能量利用率；图8为换热器错流布置形式，如图8所示，第一换热板微小形通道与第二换热板微小形通道垂直布置，热气体与冷液体流动方向互为垂直交叉，错流布置可使换热器结构紧凑，换热效率较高。
换热板通道结构形式及尺寸，可根据设计对压力、温度、换热能力、压力损失等要求，进行灵活选取和加工，板间距和微小形通道的深度可以在0.1～3mm范围内灵活选取，在一些实施例中，板间距和微小形通道的深度可以在0.1～2mm范围中选取，微小形通道结构可使换热器紧凑度极大提高，可实现2500m2/m3以上的紧凑性。相对于现有板翅式等换热结构具有极为显著的优势。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热板，其特征在于，在换热板表面形成有微小形通道，所述微小形通道供介质流动。
2.如权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述微小形通道包括多条延伸方向一致的通道，所述通道的截面为半圆形、矩形、三角形、梯形和波浪形中的一种或多种。
3.如权利要求2所述的换热板，其特征在于，
所述换热板为单流程结构，微小形通道的各条通道相互独立，互不贯通；或，
所述换热板为多流程结构，微小形通道的各条通道相互贯通。
4.如权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述微小形通道采用刻蚀工艺或精加工工艺加工而成。
5.如权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述微小形通道等效直径在0.1～3mm范围内，进一步地，所述微小形通道等效直径在0.1～2mm范围内。
6.一种气体-液体换热器，其特征在于，包括芯体，所述芯体包括如权利要求1～5任一项所述的换热板。
7.如权利要求6所述的换热板，其特征在于，所述芯体由多组换热板堆叠而成，每组换热板包括至少一层第一换热板和堆叠于第一换热板上的至少一层第二换热板，所述第二换热板的层数不少于第一换热板的层数。
8.如权利要求7所述的换热板，其特征在于，所述第一换热板作为冷却液体侧板，第二换热板作为热气体侧板，所述第一换热板和第二换热板采用顺流、逆流或错流形式布置。
9.如权利要求8所述的换热板，其特征在于，所述每组换热板包括一层冷却液体侧板和堆叠于冷却液体侧板上的两层热气体侧板。
10.如权利要求7所述的换热板，其特征在于，所述第一换热板和第二换热板之间通过真空扩散焊接工艺连接。
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