CN114623707A - 一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法，能够兼并印刷电路板换热器和板翅式换热器的优点的同时，使得传热温差分布均匀，提高换热器的换热效率。包括换热器芯体，换热器芯体包括自上而下交替布置的多个低密度流体换热板和高密度流体换热板；所述换热器芯体两个相对的侧壁上分别开设有高密度流体进口和高密度流体出口，换热器芯体另外两个相对的侧壁上分别开设有低密度流体进口和低密度流体出口；其中，所述高密度流体换热板上开设有高密度流体通道，所述高密度流体通道采用单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板的进口和出口设置方向相反。

Description

一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体为一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法。

背景技术

换热设备或动力系统为保证能够在有限空间的应用场合下实现换热，通常需要要求换热设备尽可能紧凑化，例如航空航天上的换热设备、车用燃料电池燃料预热和舰船上的动力系统等。目前，参与换热的两种流体经常存在密度差异显著的情况，例如火电机组中高温烟气与高压水或水蒸气的换热，空冷机组中空气与水的换热，燃料电池中烟气预热液态燃料的过程等等。

然而，常规的管壳式换热器由于设备体积较大，已无法满足上述应用场合的紧凑式要求。印刷电路板换热器作为一种能够同时承受高温高压的紧凑式换热器，经常应用于空间要求和换热要求高的场合，但是印刷电路板换热器用于低密度的流体换热时的经济性较差，流体阻力也很大。板翅式换热器经济性更好，同时可以实现较大的流道当量直径，在用于低密度流体换热器时具有较好的综合性能，但是无法承受太高的流体压力。因此，通过复合上述两种换热器获取的新型换热器能够兼具这两种换热器类型的优点，但是由于复合的新型换热器多需要采用冷热流体交叉流动，换热器中冷热流体换热温差分布不均匀，换热性能较差。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法，能够兼并印刷电路板换热器和板翅式换热器的优点的同时，使得传热温差分布均匀，提高换热器的换热效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于多流体换热的紧凑式换热器，包括换热器芯体，换热器芯体包括自上而下交替布置的多个低密度流体换热板和高密度流体换热板；

所述换热器芯体两个相对的侧壁上分别开设有高密度流体进口和高密度流体出口，换热器芯体另外两个相对的侧壁上分别开设有低密度流体进口和低密度流体出口；

其中，所述高密度流体换热板上开设有高密度流体通道，所述高密度流体通道采用单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板的进口和出口设置方向相反。

优选地，所述高密度流体进口和高密度流体出口共设有两组，两组分别设置在换热器芯体相对的不同侧壁上，所述高密度流体进口处对应安装有进口集箱，所述高密度流体出口处对应安装有出口集箱。

优选地，所述低密度流体换热板采用波纹板，波纹板的两端设置有侧封板。

优选地，所述波纹板采用正弦型、矩型或间断翅片型结构。

优选地，所述高密度流体通道采用直通道、正弦型通道或间断翅片式通道。

优选地，所述换热器芯体的顶部设有换热器芯体上盖板，换热器芯体的底部设有换热器芯体下盖板。

优选地，所述高密度流体通道和所述波纹板均呈S型或者Z型布置。

优选地，所述高密度流体换热板的数量为所述低密度流体换热板的数量的N倍，其中，N为大于零的自然数。

一种用于多流体换热的紧凑式换热器的换热方法，包括如下步骤：

低密度流体沿着低密度流体换热板流动，高密度流体由一侧的高密度流体进口进入换热器芯体内，沿着高密度流体通道经过单个或多个回程后，从另一侧的高密度流体出口流出换热器芯体，其中，低密度流体和高密度流体流动方向相反，实现低密度流体和高密度流体在换热器内的换热。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，通过优化高密度流体的进出口位置和流程结构，实现了参与换热流体整体呈逆流换热的形式，具体为将低密度流体换热板和高密度流体换热板4的进出口分别设置在换热器的不同相对两侧上，使得高低密度流体在换热器中换热时整体呈逆流进行换热。高密度流体换热板4上的高密度流体通道设计为单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板4的进口和出口设置方向相反，使得高密度流体的流动方向相反，进而换热器温度沿着换热器横向的分布较为均匀，换热器的传热温差降低，从而进一步提高了换热器的传热效率。

附图说明

图1为本发明实施例中单回程结构换热器的结构示意图；

图2为本发明实施例中单回程结构换热器的集箱位置图；

图3为本发明实施例中高密度流体换热板4的结构示意图；

图4为本发明实施例中换热器芯体的横截面图；

图5为本发明实施例中双进双出换热器的结构示意图；

图6为本发明实施例中双进双出换热器中高密度流体换热板4的结构示意图。

图中，1、换热器芯体上盖板，2、侧封板，3、波纹板，4、高密度流体换热板，5、换热器芯体下盖板，6、高密度流体进口，7、第一进口集箱，8、第一出口集箱，9、高密度流体流道，10、第二进口集箱，11、第二出口集箱，12、第一换热板片，13、第二换热板片。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明一种用于多流体换热的紧凑式换热器，包括换热器芯体，换热器芯体包括自上而下交替布置的多个低密度流体换热板和高密度流体换热板4；

所述换热器芯体两个相对的侧壁上分别开设有高密度流体进口6和高密度流体出口，换热器芯体另外两个相对的侧壁上分别开设有低密度流体进口和低密度流体出口；

其中，所述高密度流体换热板4上开设有高密度流体通道，所述高密度流体通道可根据换热器芯体的长度采用单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板4的进口和出口设置方向相反。

本发明提供的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，通过优化高密度流体的进出口位置和流程结构，实现了参与换热流体整体呈逆流换热的形式，具体为将低密度流体换热板和高密度流体换热板4的进出口分别设置在换热器的不同相对两侧上，使得高低密度流体在换热器中换热时整体呈逆流进行换热，同时高密度流体换热板4上的高密度流体通道设计为单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板4的进口和出口设置方向相反，使得高密度流体的流动方向相反，进而换热器温度沿着换热器横向的分布较为均匀，换热器的传热温差降低，从而进一步提高了换热器的传热效率。

优选地，所述低密度流体换热板采用波纹板3，波纹板3的两端设置有侧封板2，保证低密度流体流入换热器内部时的流动方向，不会与高密度流体的进出口混乱，影响换热。

优选地，所述波纹板3采用正弦型、矩型或间断翅片型结构。

优选地，所述高密度流体通道采用直通道、正弦型通道或间断翅片式通道。

优选地，所述换热器芯体的顶部设有换热器芯体上盖板1，换热器芯体的底部设有换热器芯体下盖板5。

优选地，所述高密度流体通道和所述波纹板3均呈S型或者Z型布置。

优选地，所述高密度流体换热板4的数量为所述低密度流体换热板的数量的N倍，其中，N为大于零的自然数。

本发明还提供一种用于多流体换热的紧凑式换热器的换热方法，包括如下步骤：

低密度流体沿着低密度流体换热板流动，高密度流体由一侧的高密度流体进口6进入换热器芯体内，沿着高密度流体通道经过单个或多个回程后，从另一侧的高密度流体出口流出换热器芯体，其中，低密度流体和高密度流体流动方向相反，实现低密度流体和高密度流体在换热器内的换热。

实施例

本发明某一实施例中，如图1和4所示，换热器芯体的最上部和最下部分别设置有换热器芯体上盖板1和换热器芯体下盖板5，换热器芯体中间交替依次布置一层高密度流体流道9层和一层低密度流体流道层。

其中，低密度流体流道层内的低密度流体换热板由传热波纹板3与上下壁面组成，传热波纹板3的两侧设有侧封板2。高密度流体流道9层内的高密度流体换热板4由蚀刻而成的流道板与其盖板组成。所述高密度流体进口6和高密度流体出口共设有两组，两组分别设置在换热器芯体相对的不同侧壁上，如图2和5所示，所述高密度流体进口6处对应安装有进口集箱，所述高密度流体出口处对应安装有出口集箱，两个进口集箱(即第一进口集箱7和第二进口集箱10)和两个出口集箱(即第一出口集箱8和第二出口集箱11)安装在换热器芯体两侧，高密度流体换热板4上的流道上游与进口集箱相连通，流道下游与出口集箱相连通，该设计方案能够使大流体工质以及换热器金属壁面温度沿着换热器芯体横向的分布更加均匀。

如图3所示，本实施例中，高密度流体换热板4的高密度流体通道采用三回程结构。如图6所示，相邻两层的高密度流体换热板4的进出口方向相反。

本发明所述紧凑式换热器的具体工作过程为：

如图1-4所示，低密度流体沿着低密度流体流道层从相对的一侧流向另一侧。

高密度流体从高密度流体进口6进入换热器，然后经过3个回程，从换热器芯体的另一侧侧面的高密度流体出口流出换热器芯体，由于低密度流体的进出口和高密度流体的进口分别设置在换热器芯体的不同相对两侧侧壁上，整个换热过程中，两种不同密度的流体整体为逆流换热，提高换热的均匀性和传热换热效率。

如图5和6所示，低密度流体仍沿着低密度流体流道层从相对的一侧流向另一侧。

高密度流体换热板4分为两种结构，即第一换热板片12和第二换热板片13，第一换热板片12和第二换热板片13的进出口方向相反，两种结构的进口位置和出口位置分别位于换热器芯体左右两侧。高密度流体分为两部分，分别从两组进口集箱同时进入换热器芯体，然后从两组出口集箱流出换热器。由于高密度流体的流动方向相反，使得换热器金属温度沿着换热器横向的分布较为均匀，换热器的传热温差降低，进而提高了换热器的传热效率。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，包括换热器芯体，换热器芯体包括自上而下交替布置的多个低密度流体换热板和高密度流体换热板(4)；

所述换热器芯体两个相对的侧壁上分别开设有高密度流体进口(6)和高密度流体出口，换热器芯体另外两个相对的侧壁上分别开设有低密度流体进口和低密度流体出口；

其中，所述高密度流体换热板(4)上开设有高密度流体通道，所述高密度流体通道采用单回程结构或多回程结构，相邻或相隔两个高密度流体换热板(4)的进口和出口设置方向相反。

2.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述高密度流体进口(6)和高密度流体出口共设有两组，两组分别设置在换热器芯体相对的不同侧壁上，所述高密度流体进口(6)处对应安装有进口集箱，所述高密度流体出口处对应安装有出口集箱。

3.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述低密度流体换热板采用波纹板(3)，波纹板(3)的两端设置有侧封板(2)。

4.根据权利要求3所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述波纹板(3)采用正弦型、矩型或间断翅片型结构。

5.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述高密度流体通道采用直通道、正弦型通道或间断翅片式通道。

6.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述换热器芯体的顶部设有换热器芯体上盖板(1)，换热器芯体的底部设有换热器芯体下盖板(5)。

7.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述高密度流体通道和所述波纹板(3)均呈S型或者Z型布置。

8.根据权利要求1所述的一种用于多流体换热的紧凑式换热器，其特征在于，所述高密度流体换热板(4)的数量为所述低密度流体换热板的数量的N倍，其中，N为大于零的自然数。

9.一种用于多流体换热的紧凑式换热器的换热方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的紧凑式换热器，包括如下步骤：

低密度流体沿着低密度流体换热板流动，高密度流体由一侧的高密度流体进口(6)进入换热器芯体内，沿着高密度流体通道经过单个或多个回程后，从另一侧的高密度流体出口流出换热器芯体，其中，低密度流体和高密度流体流动方向相反，实现低密度流体和高密度流体在换热器内的换热。

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