CN109405602A - 一种适应于相变过程传热的板式热交换器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适应于相变过程传热的板式热交换器，由若干热交换板堆叠构成，热交换板为四边形结构且拐角处均设置有角孔，角孔的外沿设置有角孔分流结构，角孔分流结构包括支撑台和分流槽道，支撑台为隆起结构且同端支撑台呈相反凸起；分流槽道呈辐射状分布在支撑台的外沿，包括起始端和辐射端，所有起始端均落在支撑台的外环圆上，所有辐射端之间连线形成第二圆，第二圆与外环圆、角孔圆为同心圆结构；热交换板上冲制有压型图案；热交换板之间通过压型图案支撑形成介质通道，相邻热交换板上的支撑台抵靠形成流道。本发明结构简单、合理，能够实现流体在热交换板上均匀分配，使得流动无死角，从而提高热交换器的换热效率和换热均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及热交换设备技术领域，特别涉及一种适应于相变过程传热的板式热交换器。
背景技术
板式换热器以优越的换热性能，广泛应用于空调、供热、食品、化工、动力和机械等行业中。现有的板式热交换器一般由成对板式单元逐层叠加形成，每组成对板式单元至少由两片热交换板配合形成，相邻的热交换板之间呈间距设置并形成用于供介质流动的介质通道，热交换板上具有角孔，流体通过角孔进入介质通道，然后现有的角孔的分流效果不佳，在分配流动过程中容易产生死角，从而导致换热不均匀，甚至导致局部低温损坏，具有改进的空间。
发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供一种适应于相变过程中传热的板式热交换器，通过在热交换板的角孔的外沿设置角孔分流结构，有效的优化了流体在角孔处的流动，降低了流体流动的分配阻力，避免了流体从角孔到板片的分布过程中流速的变化，使得流体分配更加均匀，从而提高了换热均匀性和充分性。
为实现上述目的，本发明提供一种适应于相变过程传热的板式热交换器，由若干成对板单元相互堆叠配合而成，所述成对板单元由至少两片热交换板堆叠构成，所述热交换板为四边形结构且其四个拐角处均设置有角孔，所述热交换板从左往右依次分为液相换热区、两相换热区和汽相换热区；
在所述液相换热区和汽相换热区内，所述热交换板对应角孔的外沿设置有角孔分流结构，所述角孔分流结构包括：
支撑台，其为环绕角孔外沿冲制的、环状的隆起结构，且热交换板上同端的两个支撑台的凸起方向呈相反设置；
分流槽道，其环绕支撑台外沿冲制且呈辐射状分布，在热交换板板面上形成有交替设置的第一脊部和第一槽部；所述分流槽道包括起始端、以及向外辐射延伸形成的辐射端，所有所述分流槽道的起始端均落在支撑台的外环圆上，所有所述分流槽道的辐射端之间均采用平滑的曲线相连并形成第二圆，且该第二圆与外环圆、角孔圆为同心圆结构；
在所述两相换热区内，所述热交换板的板面上冲制有压型图案，在热交换板板面上形成有呈交替设置的第二脊部和第二槽部；
相邻的热交换板之间通过压型图案相互抵靠支撑形成介质通道，相邻的热交换板上的支撑台相互抵靠配合形成供流体流入或者流出介质通道的流道。
进一步设置为：相邻所述分流槽道的起始端与角孔的圆心相连所构成的夹角角度均相同。
进一步设置为：每条所述分流槽道均具有走向引导线，所有所述走向引导线的起点之间采用平滑的曲线相连接形成第三圆，该第三圆与第二圆为同心圆结构。
进一步设置为：所述角孔分流结构还包括引流槽道，位于热交换板上的同端的两个角孔分流结构中相向设置的分流槽道通过引流槽道相连通。
进一步设置为：所述热交换板上的压型图案中相邻第二脊部之间的间距自左往右逐渐增大。
进一步设置为：所述热交换板上的压型图案的第二脊部高度小于液相换热区和汽相换热区内的分流槽道的第一脊部的高度。
进一步设置为：所述压型图案的第二脊部的端面上或者第二槽部的底面上错布有支撑凸起。
进一步设置为：所述热交换板上的压型图案为“人”字形或者“W”形图案。
进一步设置为：所述热交换板上的其中一个角孔的直径小于另外三个角孔的直径。
与现有技术相比，本发明结构简单、合理，优化了环绕角孔设置的分流槽道的结构，使得分流槽道呈均匀间隔设置且其起始端和辐射端分别落在呈同心圆结构的外环圆上和第二圆上，从而降低了流体流动的分配阻力，避免了流体从角孔到板片的分布过程中流速的变化，使得流体分配更加均匀，从而提高了换热的均匀性和充分性；同时热交换板上的脊部的结构布置，使相变流体在流动过程中的阻力变化尽可能减小，传热的努谢尔特数与流动的雷诺数的平方之比得到充分优化，提高了传热效果并降低了流速变化导致的局部阻力。
附图说明
图1是本发明一种适应于相变过程传热的板式热交换器的结构示意图；
图2是热交换板的结构示意图；
图3是图2的A部放大结构示意图；
图4是角孔分流结构的理论结构示意图。
结合附图在其上标记以下附图标记：
1、热交换器主体；2、热交换板；21、液相换热区；211、角孔；212、支撑台；213、分流槽道；214、引流槽道；2141、起始端；2142、辐射端；2143、走向引导线；215、第一脊部；216、第一槽部；22、两相换热区；221、压型图案；222、第二脊部；223、第二槽部；23、汽相换热区；3、外环圆；4、第二圆；5、第三圆；6、角孔圆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明一种适应于相变过程传热的板式热交换器如图1所示，包括热交换器主体1，该热交换器主体1由若干成对板单元相互堆叠配合形成，成对板单元至少由两块热交换板2配合形成；成对板单元内部至少形成一个第一介质通道，相邻的成对板单元之间配合形成第二介质通道，不同流体分别在第一介质通道和第二介质通道内流动，以实现不同流体之间的热交换。
具体的如图2所示，本实施例的成对板单元由两块热交换板2配合形成，该热交换板2为四边形结构且其四个拐角处均设置有角孔211，且其中一个角孔211的直径明显小于另外三个角孔211的直径，优选为矩形结构且拐角处采用圆弧过渡；热交换板2根据流体换热过程中干度变化从左往右分为液相换热区21、两相换热区22和汽相换热区23；在液相换热区21和汽相换热区23内，热交换板2对应角孔211的外沿设置有角孔211分流结构，用于对从角孔211流入的流体进行分配；在两相换热区22内，热交换板2的板面上冲制有压型图案221，同时在热交换板2板面上形成有交替设置的第二脊部222和第二槽部223，相邻的热交换板2之间通过压型图案221相互抵靠呈间距设置，即热交换板2上的第二脊部222和第二槽部223分别与上方的热交换板2的第二槽部223、以及下方的热交换板2上的第二脊部222相抵。
在本实施例中构成成对板单元的两块热交换板2分别为第一热交换板2和第二热交换板2，第一热交换板2和第二热交换板2交错设置配合形成热交换器主体1，第一热交换板2和第二热交换板2上采用的压型图案221可以完全相同，也可以不完全相同，可以根据具体需要进行选择。
在上述方案中，压型图案221可以为“人”字形结构，也可以为“W”形结构。
优选的，热交换板2上的压型图案221中相邻第二脊部222之间的间距自左往右逐渐增大。
如图3所示，在液相换热区21和汽相换热区23内，热交换板2对应角孔211的外沿均设置有角孔211分流结构，该角孔211分流结构包括支撑台212、分流槽道213和引流槽道214；该支撑台212为环绕角孔211外沿冲制的、环状的隆起结构，且同端的支撑台212的凸起方向呈相反设置，从而相邻的热交换板2相互配合时，热交换板2两端均有一个支撑台212与相邻热交换板2上的支撑台212相抵靠连接，从而构成形成供流体流入或者流出第一介质通道或者第二介质通道的流道；分流槽道213环绕支撑台212的外沿冲制且辐射状分布，在热交换板2的版面上形成交替设置的第一脊部215和第一槽部216，分流槽道213包括起始端2141、以及向外辐射延伸形成的辐射端2142，所有所述分流槽道213的起始端2141均落在支撑台212的外环圆3上，所有所述分流槽道213的辐射端2142之间均采用平滑的曲线相连并形成第二圆4，且该第二圆4与外环圆3、角孔圆6为同心圆结构；引流槽道214用于连接热交换板2上同端的两个角孔211分流结构中相向设置的分流槽道213的辐射端2142，实现同端的角孔211分流结构的分流槽道213的连通。
优选的，环绕支撑台212外沿设置的分流槽道213呈均匀间隔设置，即相邻分流槽道213的起始端2141与角孔211的圆心相连所构成的夹角角度均相同。
优选的，每条分流槽道213均具有走向引导线2143，所有所述走向引导线2143的起点之间采用平滑的曲线相连接形成第三圆5，该第三圆5与第二圆4为同心圆结构。
通过上述角孔211分流结构的布置，优化了环绕角孔211设置的流道的分布，能够有效优化流体在角孔211处的流动，降低了流体流动的分配阻力，避免了流体从角孔211到板片的分布过程中流速的变化，使得流体分配更加均匀，从而提高了换热均匀性和充分性。
进一步优选的，热交换板2上的压型图案221的第二脊部222高度小于液相换热区21和汽相换热区23内的分流槽道213的第一脊部215的高度，压型图案221的第二脊部222的端面上或者第二槽部223的底面上错布有支撑凸起。
与现有技术相比，本发明结构简单、合理，优化了环绕角孔设置的分流槽道的结构，使得分流槽道呈均匀间隔设置且其起始端和辐射端分别落在呈同心圆结构的外环圆上和第二圆上，从而降低了流体流动的分配阻力，避免了流体从角孔到板片的分布过程中流速的变化，使得流体分配更加均匀，从而提高了换热的均匀性和充分性；同时热交换板上的脊部的结构布置，使相变流体在流动过程中的阻力变化尽可能减小，传热的努谢尔特数与流动的雷诺数的平方之比得到充分优化，提高了传热效果并降低了流速变化导致的局部阻力。
以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，由若干成对板单元相互堆叠配合而成，所述成对板单元由至少两片热交换板堆叠构成，所述热交换板为四边形结构且其四个拐角处均设置有角孔，所述热交换板从左往右依次分为液相换热区、两相换热区和汽相换热区；
在所述液相换热区和汽相换热区内，所述热交换板对应角孔的外沿设置有角孔分流结构，所述角孔分流结构包括：
支撑台，其为环绕角孔外沿冲制的、环状的隆起结构，且热交换板上同端的两个支撑台的凸起方向呈相反设置；
分流槽道，其环绕支撑台外沿冲制且呈辐射状分布，在热交换板板面上形成有交替设置的第一脊部和第一槽部；所述分流槽道包括起始端、以及向外辐射延伸形成的辐射端，所有所述分流槽道的起始端均落在支撑台的外环圆上，所有所述分流槽道的辐射端之间均采用平滑的曲线相连并形成第二圆，且该第二圆与外环圆、角孔圆为同心圆结构；
在所述两相换热区内，所述热交换板的板面上冲制有压型图案，在热交换板板面上形成有呈交替设置的第二脊部和第二槽部；
相邻的热交换板之间通过压型图案相互抵靠支撑形成介质通道，相邻的热交换板上的支撑台相互抵靠配合形成供流体流入或者流出介质通道的流道。
2.根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，相邻所述分流槽道的起始端与角孔的圆心相连所构成的夹角角度均相同。
3.根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，每条所述分流槽道均具有走向引导线，所有所述走向引导线的起点之间采用平滑的曲线相连接形成第三圆，该第三圆与第二圆为同心圆结构。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，所述角孔分流结构还包括引流槽道，位于热交换板上的同端的两个角孔分流结构中相向设置的分流槽道通过引流槽道相连通。
5.根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，所述热交换板上的压型图案中相邻第二脊部之间的间距自左往右逐渐增大。
6.根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，所述热交换板上的压型图案的第二脊部高度小于液相换热区和汽相换热区内的分流槽道的第一脊部的高度。
7.根据权利要求6所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，所述压型图案的第二脊部的端面上或者第二槽部的底面上错布有支撑凸起。
8. 根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于， 所述热交换板上的压型图案为“人”字形或者“W”形图案。
9.根据权利要求1所述的一种适应于相变过程传热的板式热交换器，其特征在于，所述热交换板上的其中一个角孔的直径小于另外三个角孔的直径。
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