CN112944971A - 一种热交换单元及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热交换单元及其应用，所述热交换单元为由隔板折叠成闭环，折叠形状为等腰三角形；所述闭环的内侧和外侧形成热交换区。本发明提供的热交换单元结构简单，制作方便；且折叠状的结构具有非常大的换热面积，可大大提升换热效率。所述热交换单元使用耐高温、耐腐蚀板材折叠制作，相比传统热交换单元翅片，可以折叠出更多翅数，增加换热面积。
Description
技术领域
本发明涉及一种热交换单元及其应用。
背景技术
热交换设备在日常生活、工业加工中均有广泛的应用，热交换单元是热交换设备的主要部件。在设计边界条件下，加大热交换单元的换热面积、提高换热效率一直是热交换单元设计的目标。现有的热交换单元为增加换热面积，通常采用增加翅片、凹坑或螺纹的结构，增加的面积非常有限。因此一种换热面积大、换热效率高的换热单元是市场急需的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热交换单元，所述热交换单元为由隔板折叠成闭环，折叠形状为等腰三角形；所述闭环的内侧和外侧形成热交换区。
本发明提供的热交换单元从视觉上，为类圆柱状结构(隔板折叠而成圆柱状的闭环)，是个完整的闭环。其结构简单，制作方便；且折叠状的结构具有非常大的换热面积，可大大提升换热效率。所述热交换单元使用耐高温、耐腐蚀板材折叠制作，相比传统热交换单元翅片，可以折叠出更多翅数，增加换热面积。
其中，所述隔板为耐高温、耐腐蚀的板材；
优选的，所述板材的材质选自不锈钢板、铝板或铁板中的一种或多种。
所述热交换单元中间由隔板隔开，分为内侧和外侧，内外两侧的介质通过隔板来进行热交换。所述内侧和外侧的热交换区呈等腰三角形，传统热交换单元翅片是通过壁面及壁面间接导热的翅片进行热交换的，与传统热交换单元翅片相比，本发明通过热交换区内外侧等腰三角形侧边壁面直接进行热交换，加大了热交换面积，提高了换热效率。
为了提高换热效率，本发明在选择上述板材类型的基础上，优选所述隔板的厚度为0.15～2mm。在该厚度范围内，隔板的导热性能优异、且结构牢固稳定，不易变形。尤其是当选用不锈钢材料的隔板时，优化厚度为0.15～0.5mm时，可最大程度的保障换热效率和结构的稳定；尤其是0.2～0.4mm。
所述热交换单元可以根据需要改变折弯数和折弯高度可以调整换热面积和换热效率。
其中，所述等腰三角形的折弯高为15～100mm；优选为15～25mm。
其中，所述等腰三角形的顶角为1.5～30度；优选为1.6～7度。其中，所述顶角包括内侧等腰三角形的顶角和外侧等腰三角形的顶角；其中所述内侧等腰三角形的顶角优选为4～7度，外侧等腰三角形的顶角优选为1.6～4度。
其中，所述等腰三角形的边长为15～150mm；优选为15～30mm。
在优化上述等腰三角形的基础上，所述热交换单元在折弯数和折弯高不变的情况下，还可通过外侧折弯弧长和内侧折弯弧长设置不同参数，可以调整外侧通道和内侧通道的流通面积。
其中，所述闭环的折弯弧长为2～50mm；优选为2～5mm。
本发明的又一目的在于，上述热交换单元尤其适用于汽车采暖、燃烧器采暖、民用固定采暖、军车排气尾管降红外设备上。
当所述热交换单元适用在汽车采暖中，等腰三角形的折弯高为15～80mm，顶角为1.5～10度，边长为15～100mm。
所述隔板的厚度为0.15～2mm，所述闭环的折弯弧长为2～50mm。
优选的，当所述热交换单元适用在汽车采暖中，等腰三角形的折弯高为15～25mm，顶角为1.6～7度，边长为15～30mm。
所述隔板的厚度为0.2～0.3mm；所述闭环的折弯弧长为2～5mm。
最优选的，当所述热交换单元适用在汽车采暖中，等腰三角形的折弯高为22mm，顶角为1.6～4度，边长为20.25mm；所述隔板的厚度为0.2mm，所述闭环的折弯弧长为2.6～3.07mm。
本发明提供的热交换单元使用耐高温、耐腐蚀板材折叠制作的热交换单元具有换热面积大、换热效率高、制作简单等特点。
附图说明
图1为所述热交换单元的原理结构图；
图2为所述热交换单元的局部视图；
图中：1、外侧；2、内侧；3、隔板。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种热交换单元，该热交换单元可适用于汽车采暖设备中；其具体结构是：如图1所示，由耐高温、耐腐蚀板材折叠成闭环，折叠形状为等腰三角形；所述闭环的内侧和外侧形成热交换区。
所述热交换单元折弯高为h，h为22mm；所述圆形筒体分外侧1和内侧2区域，中间由隔板3隔开；所述外侧1和内侧2区域的介质通过隔板3来进行热交换，隔板3的壁厚为d，壁厚d为0.3mm；所述外侧1和内侧2形成的热交换区呈等腰三角形，分为外侧1等腰三角形和内侧2等腰三角形；所述外侧1等腰三角形的侧边为m1、m2，内侧2等腰三角形的侧边为m2、m3，m1、m2、m3相等m1＝m2＝m3＝20.5mm；所述外侧1的折弯弧长为R1，弧长R1为2.46mm，内侧2的折弯弧长为R2；弧长R2为2.42mm；所述外侧1等腰三角形的顶角为a，顶角a为4度，内侧2等腰三角形的顶角为b，顶角b为7度。
在排量2.5L的某车辆上进行试验，车速为40km/h，变速箱传动比为1：1，换热介质为汽车高温尾气和新鲜空气，热交换单元换热效率为49％。
在本发明中：所述热交换单元由耐高温、耐腐蚀板材折叠而成，相比传统热交换单元翅片，可以折叠出更多翅数，增加换热面积。另外，根据设计需要，改变折弯数和折弯高度h可以调整换热面积和换热效率。
在本发明中：所述内侧等腰三角形侧边m1、m2，外侧等腰三角形侧边m2、m3为热交换边界，外侧1和内侧2直接通过壁面进行热交换，而传统热交换单元翅片是通过壁面及壁面间接导热的翅片进行热交换的，与传统热交换单元翅片相比，加大了热交换面积，提高了换热效率。
在本发明中：所述热交换单元，当外侧1区域的介质需要通过更大的流量时，可以不改变折弯数和折弯高h不变的情况下，通过加大内侧2折弯弧长R2(图2虚线)实现外侧1等腰三角形面积加大，进而加大外侧1流通面积。同样当内侧2区域的介质需要更大流量时，在不改变折弯数和折弯高h不变的情况下，通过加大外侧1弧长R1实现内侧2等腰三角形面积加大，进而加大内侧2流通面积。
实施例2
本实施例提供一种热交换单元，该热交换单元可适用于汽车采暖设备中；其具体结构是：由耐高温、耐腐蚀板材折叠成闭环，折叠形状为等腰三角形；所述闭环的内侧和外侧形成热交换区。
本实施例在实施例1的基础上对结构参数进行改进。
所述热交换单元折弯高h为22mm；所述圆形筒体分外侧1和内侧2区域，中间由隔板3隔开；所述外侧1和内侧2区域的介质通过隔板3来进行热交换，隔板3的壁厚d为0.2mm；所述外侧1和内侧2形成的热交换区呈等腰三角形，分为外侧1等腰三角形和内侧2等腰三角形；所述外侧1等腰三角形的侧边为m1、m2，内侧2等腰三角形的侧边为m2、m3，m1＝m2＝m3＝20.25mm；所述外侧1的折弯弧长R1为2.6，内侧2的折弯弧长R2为3.07；所述外侧1等腰三角形的顶角a为1.6度，内侧2等腰三角形的顶角b为4度。
在排量2.5L的某车辆上进行试验，车速为40km/h，变速箱传动比为1：1，换热介质为汽车高温尾气和新鲜空气，热交换单元换热效率为51％。
相比实施例1，隔板3的壁厚d由0.3mm改为0.2mm，侧边m1、m2、m3由20.5mm改为20.25mm，外侧1的折弯弧长R1由2.46mm改为2.6mm，内侧2的折弯弧长R2由2.42mm改为3.07mm，外侧1等腰三角形的顶角a由4度改为1.6度，内侧2等腰三角形的顶角b由7度改为4度。热交换单元换热效率由49％提高至51％。隔板3壁厚的减薄提高了热传递速度，其他结构的改变增大了外侧通道的面积，减少了外侧通道的阻力。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种热交换单元，其特征在于，所述热交换单元为由隔板折叠成闭环，折叠形状为等腰三角形；所述闭环的内侧和外侧形成热交换区。
2.根据权利要求1所述的热交换单元，其特征在于，所述隔板为耐高温、耐腐蚀的板材；
优选的，所述板材的材质选自不锈钢板、铝板或铁板中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的热交换单元，其特征在于，所述隔板的厚度为0.15mm～2mm，优选为0.15～0.5mm。
4.根据权利要求1～3任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述等腰三角形的折弯高为15～100mm，优选为15～25mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述等腰三角形的顶角为3～30度，优选为1.6～7度。
6.根据权利要求4或5所述的热交换单元，其特征在于，所述等腰三角形的边长为15～150mm，优选为15～30mm。
7.根据权利要求1～6任一项所述的热交换单元，其特征在于，所述闭环的折弯弧长为2～50mm，优选为2～5mm。
8.权利要求1～7任一项所述的热交换单元在汽车采暖、燃烧器采暖、民用固定采暖、军车排气尾管降红外设备上的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述汽车采暖中，等腰三角形的折弯高为15～80mm，顶角为1.5～10度，边长为15～100mm；优选为所述等腰三角形的折弯高为15～25mm，顶角为1.6～7度，边长为15～30mm。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述隔板的厚度为0.15～2mm，所述闭环的折弯弧长为2～50mm；优选为所述隔板的厚度为0.2～0.3mm；所述闭环的折弯弧长为2～5mm。
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| CN202110273079.5A CN112944971A (zh) | 2021-03-14 | 2021-03-14 | 一种热交换单元及其应用 |
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|---|---|---|---|---|
| CN114383151A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-04-22 | 武汉氢能与燃料电池产业技术研究院有限公司 | 一种燃料电池燃烧烟气换热装置 |
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2021
- 2021-03-14 CN CN202110273079.5A patent/CN112944971A/zh active Pending
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