CN117146619A - 一种交叉流换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种交叉流换热器，包括若干呈阵列分布的换热单元，其中：沿第一流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第一换热单元组，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元减少；沿第二流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第二换热单元组，每列所述第二换热单元组内的所述换热单元减少。与现有技术相比，本发明将若干换热单元分为多列第一换热单元组和第二换热单元组，沿第一流体的入口方向，每列第一换热单元组内的换热单元减少，沿第二流体的入口方向，每列第二换热单元组内的换热单元减少，从而使得换热器的换热量增加，换热均匀性得到较大提升，出口流体温度均匀性也得到较大提升。

Description

一种交叉流换热器

技术领域

本发明涉及交叉流换热器技术领域，特别是一种交叉流换热器。

背景技术

参照图1所示，对于均匀通道构成的交叉流换热器而言，发明人将现有技术的换热器分为4个单元(A单元、B单元、C单元、D单元)，这四个单元换热面积、对流换热系数一致，只在换热温差上存在区别。根据牛顿冷却公式—Q＝h·A·ΔT，A单元所在的单元由于换热温差最大，因此换热效果也最好。同理，B单元、C单元次之，而D单元由于换热温差最小，成为了换热效果最差单元。所以，现有技术的换热器的出口的流体1、流体2均会出现出风不均匀的情况，恶劣情况下出口流体左右两侧存在5℃及以上的温差，不能满足诸多行业的送风均匀性要求。

在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：如何提高换热器出口的送风均匀性是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交叉流换热器，以改善现有技术中换热器出口的送风不均匀的技术问题。

本发明提供了一种交叉流换热器，包括若干呈阵列分布的换热单元，其中：

沿第一流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第一换热单元组，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元减少；

沿第二流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第二换热单元组，每列所述第二换热单元组内的所述换热单元减少。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，沿所述第一流体的入口方向，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少；沿所述第二流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第二换热单元组，每列所述第二换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，所述第一流体的入口方向为横向方向，第二流体的入口方向为纵向方向，且所述第一流体与所述第二流体存在温差且进行间接换热。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，每一所述换热单元具有若干第一换热通道组以及若干第二换热通道组，若干所述第一换热通道组与若干所述第二换热通道组交叉堆叠设置。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，所述第一换热通道组内的流体沿所述第一流体的入口方向中所述换热单元依次减少的方向流通；所述第二换热通道组的流体沿所述第二流体的入口方向中所述换热单元依次减少的方向流通。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，所述第一换热通道组具有若干第一换热通道，若干所述第一换热通道沿所述第二流体的入口方向依次设置，沿所述第二流体的入口方向，每一所述第一换热通道组的若干所述第一换热通道的通道宽度依次增大；所述第二换热通道组具有若干第二换热通道，若干所述第二换热通道沿所述第一流体的入口方向依次设置，沿所述第一流体的入口方向，每一所述第二换热通道组的若干所述第二换热通道的通道宽度依次增大。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，沿所述第二流体的入口方向，每一所述第一换热通道组的若干所述第一换热通道的通道宽度呈等比数列排布；且沿所述第一流体的入口方向，每一所述第二换热通道组的若干所述第二换热通道的通道宽度呈等比数列排布。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，沿所述第一流体的入口方向，相邻的两列所述第一换热单元组之间设有第一混合通道，所述第一混合通道用于连通相邻的两列所述第一换热单元组的换热单元的所述第一换热通道组；沿所述第二流体的入口方向，相邻的两列所述第二换热单元组之间设有第二混合通道，所述第二混合通道用于连通相邻的两列所述第二换热单元组的换热单元的所述第二换热通道组。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，位于所述第一混合通道的后一列的所述第一换热单元组，相对于位于所述第一混合通道的前一列的所述第一换热单元组的所述换热单元减少的一端部具有第一弧形引导面，所述第一弧形引导面凹向所述第一混合通道；位于所述第二混合通道的后一列的所述第二换热单元组，相对于位于所述第二混合通道的前一列的所述第二换热单元组的所述换热单元减少的一端部具有第二弧形引导面，所述第二弧形引导面凹向所述第二混合通道。

如上所述的一种交叉流换热器，其中，优选的是，所述第一弧形引导面和第二弧形引导面在第三方向上的投影重合，其中，所述第三方向为竖直方向。

与现有技术相比，本发明沿第一流体的入口方向，每列第一换热单元组内的换热单元减少，沿第二流体的入口方向，每列第二换热单元组内的换热单元减少，从而在第一流体入口方向和第二流体入口方向均摒弃了换热效率最差的单元，从而使得各列的第一换热单元组和第二换热单元组均具有较好的换热效率，使得最终出口的换热均匀性得到较大提升，出口流体温度均匀性也得到较大提升。

附图说明

图1是发明人将现有技术中的交叉流换热器分别为4个单元的结构示意图；

图2是本发明实施例一所提供的交叉流换热器的结构示意图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是图2的B-B向剖视图；

图5是本发明实施例二所提供的交叉流换热器的结构示意图；

图6是图5的C-C向剖视图；

图7是图5的D-D向剖视图；

图8是本发明实施例三所提供的交叉流换热器的结构示意图；

图9是图8的E-E向剖视图；

图10是图8的F-F向剖视图。

附图标记说明：

1-第一换热单元，2-第二换热单元，3-第三换热单元，4-第一换热通道，5-第二换热通道，6-第一混合通道，7-第二混合通道，8-第一弧形引导面，9-第二弧形引导面；

LT1-第一流体，LT2-第二流体；

D1-第一方向，D2-第二方向，D3-第三方向。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1所示，现有技术中，对于一个0.6m*0.6m*6.15m的波纹板式换热器而言，发明人将该波纹板式换热器分为4个单元(A单元、B单元、C单元、D单元)，当工况为高、低温流体风量均为8000、温度分别为35℃、25℃时，A单元换热量为B单元、C单元换热量的1.5倍，是D单元换热量的1.8倍，出口风存在3℃的温差。

针对现有技术中的换热器，为了提高B、C、D单元的换热效果，主要会采取两种方式：(1)在换热器内设置均匀的强化换热结构，整体提升换热器换热效果；(2)在换热器内沿着流动方向设置非均匀的强化换热结构，使换热效果更加均匀。

虽然，强化换热手段是提升交叉流换热器换热效果的主流，但仍存在一定的缺陷。对于上述第一种方式而言，从本质上讲，提升的是A、B、C、D单元的换热面积和对流换热系数，并未改变A、B、C、D四个单元存在换热强弱的区别，同时也存在流动阻力大幅增加的现象。至于第二种方式会存在两种情况，第一种是：只是在通道流动方向强化结构的疏密程度上进行了调整，对通道末端的换热效果有了一定的改善。但是由于B(或者C)单元结构差异很小，但是D单元的换热温差明显小于B(或者C)单元，D单元仍是换热最差区域；第二种情况是：但是当D单元强化换热结构排布最密集时，造成D单元流动阻力远超于B(或者C)单元，此时整个换热器的流场均匀性遭到破坏，使得流体1更倾向于从C单元流出，流体2更倾向于从B单元流出，D单元的换热由于风量的减少也未体现真正的强化效果。

因此，发明人提出了一种全新的换热器，具体如图2至图10所示，本发明的实施例提供了一种交叉流换热器，交叉流换热器包括但不限于板式换热器、板翅式或管板式等换热器。交叉流换热器包括若干呈阵列分布的换热单元，其中：

沿第一流体LT1的入口方向，也就是第一方向D1，若干换热单元形成多列第一换热单元组，每列第一换热单元组内的换热单元减少，优选的是，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少，一种可行的实施方式中，第一方向D1沿水平方向延伸，沿第一方向D1，若干换热单元形成阶梯状阵列分布，后一列换热单元组内的换热单元比前一列换热单元组内的换热单元少一个或多个，本实施例中，后一列第一换热单元组内的换热单元比前一列第一换热单元组内的换热单元少一个，第一方向D1上，具有两列第一换热单元组，第一列第一换热单元组内设有两个换热单元，第二列第一换热单元组内设有一个换热单元，本领域的技术人员可以知晓，也可以设有更多列的第一换热单元组，在此不做限定。

沿第二流体LT2的入口方向，也就是第二方向D2，若干换热单元形成多列第二换热单元组，每列第二换热单元组内的换热单元减少，优选的是，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少，一种可行的实施方式中，第二方向D2沿水平方向延伸，第二方向D2与第一方向D1的延伸方向相垂直，沿第二方向D2，若干换热单元形成阶梯状阵列分布，后一列第二换热单元组内的换热单元比前一列第二换热单元组内的换热单元少一个或多个，本实施例中，后一列第二换热单元组内的换热单元比前一列第二换热单元组内的换热单元少一个，第二方向D2上，具有两列第二换热单元组，第一列第二换热单元组内设有两个换热单元，第二列第二换热单元组内设有一个换热单元，本领域的技术人员可以知晓，也可以设有更多列第二换热单元组，在此不做限定。

以下以本申请具有三个换热单元为例进行结构介绍，本领域的技术人员可以知晓，能以此设计更多的变形方式，均属于本发明的保护范围。

实施例一

参照图2至图4所示，三个换热单元分别为第一换热单元1、第二换热单元2以及第三换热单元3，在第一方向D1上，第二换热单元2与第一换热单元1位于第一列，第三换热单元3位于第二列，第一流体LT1的入口设置在第二换热单元2和第一换热单元1，第一流体LT1在第一换热单元1和第二换热单元2与第二流体LT2换热后，再流向第三换热单元3与第二流体LT2进行换热，换热后第一流体LT1从第三换热单元3排出，在第二方向D2上，第三换热单元3与第一换热单元1位于第一列，第二换热单元2位于第二列，第二流体LT2的入口设置在第三换热单元3和第一换热单元1，第二流体LT2在第三换热单元3和第一换热单元1与第一流体LT1换热后，再流向第二换热单元2与第一流体LT1进行换热，换热后第二流体LT2从第二换热单元2排出，如此，第一换热单元1、第二换热单元2以及第三换热单元3形成“L”型结构。

在与现有技术的对比中，第一换热单元1的位置相当于A单元，第二换热单元2的位置相当于B单元，第三换热单元3的位置相当于C单元，本申请实施例中，在一定的换热面积条件下，取消了换热最差的D单元，将D单元的面积扩增至第一换热单元1、第二换热单元2以及第三换热单元3，从而使得换热器的换热量增加，换热均匀性大大提升，出口流体温度均匀性也大大提升。根据交叉流换热器的二维稳态计算，在相同的换热面积下，“L”型结构的交叉流换热器的换热量可提升20％以上。

本实施例中，换热单元具有若干第一换热通道组以及若干第二换热通道组，若干第一换热通道组与若干第二换热通道组沿第三方向D3交叉堆叠设置，第三方向D3为重力方向，第三方向D3垂直于第一方向D1与第二方向D2所在的平面，第一方向D1、第二方向D2与第三方向D3组成三维直角坐标系。

第一换热通道组用于供第一流体LT1流通通过，第一换热通道组内的流体沿第一流体LT1的入口方向中换热单元减少的方向流通，即由第二换热单元2和第一换热单元1向第三换热单元3流通，第二换热通道组用于供第二流体LT2流通通过，第二换热通道组内的流体沿第二流体LT2的入口方向中换热单元减少的方向流通，即由第三换热单元3和第一换热单元1向第二换热单元2流通，第一流体LT1与第二流体LT2存在温差且进行间接换热，本申请所提供的实施例通过第一换热通道组和第二换热通道组交替堆叠的设置方式，增大了换热通道的流通面积，使得热量充分传递，提高了换热效率。

一种可行的实施方式中，第一换热通道组具有若干第一换热通道4，第一换热通道4沿第一方向D1延伸，第一换热通道4可以是直线型通道或者波浪型通道等，在此不做限定。

参照图3所示，若干第一换热通道4沿第二方向D2依次间隔设置，若干第一换热通道4的延伸方向相平行，沿第二方向D2，换热单元内的若干第一换热通道4的宽度依次增大，从而形成非均匀分布，第一换热单元1由于换热温差最大，因此换热效果最好，通过对第一换热通道4宽度的非均匀设计，强化第二换热单元2的在第一流体LT1流动方向上的对流换热系数，从而使得换热器的换热量增加，换热均匀性大大提升，整体上的换热效果得到较大提升，第一流体LT1的出口温度均匀性也大大提升。

进一步地，沿第二方向D2，若干第一换热通道4的宽度呈等比数列排布，参照图3所示，第一换热单元1内的第一换热通道4的宽度A0、A1、A2......满足公式：第二换热单元2内的第一换热通道4的宽度B0、B1、B2......满足公式第三换热单元3内的第一换热通道4的宽度C0、C1、C2......满足公式事实上，k1、k2、k3的值可以根据换热器热设计的方法进行二维稳态设计计算，以达到换热量的需求。A0、B0、C0的值可结合压降的需求进行设计。

参照图3所示，沿第一方向D1，相邻的两列换热单元组之间设有第一混合通道6，第一混合通道6沿第二方向D2延伸，在第一方向D1上，第一混合通道6的第一端与第二端相对设置，第一混合通道6的第一端连通至前一换热单元内的第一换热通道4，前一换热单元内的所有第一换热通道4的出口均连通至第一混合通道6，第一混合通道6的第二端连通至后一换热单元内的第一换热通道4，后一换热单元的所有第一换热通道4的入口均连通至第一混合通道6，第一混合通道6起到了混合均匀第一流体LT1的作用。

本申请所提供的实施例中，第一混合通道6用于将第一换热单元1和第二换热单元2内的第一换热流道的第一流体LT1混合后输送至第三换热单元3的第一换热流道内，第三换热单元3的第一换热流道的第一流体LT1的数量是第一换热单元1和第二换热单元2的总和，从而提升了换热效果，第一混合通道6的设置，在一定程度上，可以起到混合第一流体LT1的作用，使第一流体LT1的入口温度更加均匀，从而让出口温度也更加均匀。

一种可行的实施方式中，第二换热通道组具有若干第二换热通道5，第二换热通道5沿第二方向D2延伸，第二换热通道5可以是直线型通道或者波浪型通道等，在此不做限定。

参照图4所示，若干第二换热通道5沿第一方向D1依次间隔设置，沿第一方向D1，换热单元内的若干第二换热通道5的宽度依次增大。沿第一方向D1，换热单元内的若干第一换热通道4的宽度依次增大，从而形成非均匀分布，第一换热单元1由于换热温差最大，因此换热效果最好，通过对第一换热通道4宽度的非均匀设计，强化第三换热单元3的在第二流体LT2流动方向上的对流换热系数，从而使得换热器的换热量增加，换热均匀性大大提升，整体上的换热效果得到较大提升，第二流体LT2的出口温度均匀性也大大提升。

进一步地，沿第一方向D1，若干第二换热通道5的宽度呈等比数列排布，参照图4所示，第一换热单元1内的第二换热通道5的宽度A0、A1、A2......满足公式：第二换热单元2内的第二换热通道5的宽度B0、B1、B2......满足公式第三换热单元3内的第二换热通道5的宽度C0、C1、C2......满足公式事实上，k1、k2、k3的值可以根据换热器热设计的方法进行二维稳态设计计算，以达到换热量的需求。A0、B0、C0的值可结合压降的需求进行设计。

参照图4所示，沿第二方向D2，相邻的两行换热单元组之间设有第二混合通道7，第人混合通道沿第一方向D1延伸，在第二方向D2上，第二混合通道7的第一端与第二端相对设置，第二混合通道7的第一端连通至前一换热单元内的第二换热通道5，前一换热单元内的所有第二换热通道5的出口均连通至第二混合通道7，第二混合通道7的第二端连通至后一换热单元内的第二换热通道5，后一换热单元的所有第二换热通道5的入口均连通至第二混合通道7，第人混合通道起到了混合均匀第二流体LT2的作用。

本申请所提供的实施例中，第二混合通道7用于将第一换热单元1和第三换热单元3内的第二换热流道的第二流体LT2混合后输送至第二换热单元2的第二换热流道内，第二换热单元2的第二换热流道的第二流体LT2的数量是第一换热单元1和第三换热单元3的总和，从而提升了换热效果，第二混合通道7的设置，在一定程度上，可以起到混合第二流体LT2的作用，使第二流体LT2的入口温度更加均匀，从而让出口温度也更加均匀。

实施例二

参照图5以及图6所示，本实施例中，沿第一方向D1，位于第一混合通道6的后一列的第一换热通道组，处于端部位置的第一换热通道4内部具有第一弧形引导面8，第一弧形引导面8朝向第一换热通道4内部凹进。本实施例中，第三换热单元3内的远离第二方向D2的端部的第一换热通道4内设有第一弧形引导面8，第一弧形引导面8的一端与第一混合通道6的端部连接，从第一换热单元1和第二换热通道5的第一换热通道4中流出的第一流体LT1经过第一混合通道6的混合后，能更快的到达第三换热单元3内的第一换热通道4中，相比于直角结构，此第一弧形引导面8在很大程度上会减小交叉流换热器的压降，同时换热面积的增加也会带来一定量的换热量增益。

参照图5以及图7所示，沿第二方向D2，位于第二混合通道7的后一行的第二换热通道组，处于端部位置的第二换热通道5内部具有第二弧形引导面9，第二弧形引导面9朝向第二换热通道5内部凹进。本实施例中，第二换热单元2内的远离第一方向D1的端部的第二换热通道5内设有第二弧形引导面9，第二弧形引导面9的一端与第二混合通道7的端部连接，从第一换热单元1和第三换热通道的第二换热通道5中流出的第二流体LT2经过第人混合通道的混合后，能更快的到达第二换热单元2内的第二换热通道5中，相比于直角结构，此第二弧形引导面9在很大程度上会减小交叉流换热器的压降，同时换热面积的增加也会带来一定量的换热量增益。

并且，所述第一弧形引导面和8第二弧形引导面9在第三方向上的投影重合，其中，所述第三方向为竖直方向，如此，使得本实施例的各所述换热单元具有的若干第一换热通道组以及若干第二换热通道组在进行交叉堆叠设置时，能够保持相同的尺寸，并形成一规则的“L”型结构的交叉流换热器。

本实施例的交叉流换热器的其他结构与实施例一相同，在此不再赘述。

实施例三

参照图8至图10所示，本实施例中，第一弧形引导面8的一端未与第一混合通道6的端部连接，第二弧形引导面9的一端也未与第二混合通道7的端部连接，第一引导弧面和第二引导弧面的弧面长度相比于实施例二而言，均有所减少，这样可以降低制造难度，也可以减少压降。

本实施例的交叉流换热器的其他结构与实施例二相同，在此不再赘述。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种交叉流换热器，其特征在于，包括若干呈阵列分布的换热单元，其中：

沿第一流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第一换热单元组，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元减少；

沿第二流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第二换热单元组，每列所述第二换热单元组内的所述换热单元减少。

2.根据权利要求1所述的交叉流换热器，其特征在于，沿所述第一流体的入口方向，每列所述第一换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少；沿所述第二流体的入口方向，若干所述换热单元形成多列第二换热单元组，每列所述第二换热单元组内的所述换热单元逐列减少或依次减少。

3.根据权利要求1所述的交叉流换热器，其特征在于，所述第一流体的入口方向为横向方向，第二流体的入口方向为纵向方向，且所述第一流体与所述第二流体存在温差且进行间接换热。

4.根据权利要求1所述的交叉流换热器，其特征在于，每一所述换热单元具有若干第一换热通道组以及若干第二换热通道组，若干所述第一换热通道组与若干所述第二换热通道组交叉堆叠设置。

5.根据权利要求4所述的交叉流换热器，其特征在于，所述第一换热通道组内的流体沿所述第一流体的入口方向中所述换热单元减少的方向流通；所述第二换热通道组的流体沿所述第二流体的入口方向中所述换热单元减少的方向流通。

6.根据权利要求5所述的交叉流换热器，其特征在于，所述第一换热通道组具有若干第一换热通道，若干所述第一换热通道沿所述第二流体的入口方向依次设置，沿所述第二流体的入口方向，每一所述第一换热通道组的若干所述第一换热通道的通道宽度依次增大；所述第二换热通道组具有若干第二换热通道，若干所述第二换热通道沿所述第一流体的入口方向依次设置，沿所述第一流体的入口方向，每一所述第二换热通道组的若干所述第二换热通道的通道宽度依次增大。

7.根据权利要求6所述的交叉流换热器，其特征在于，沿所述第二流体的入口方向，每一所述第一换热通道组的若干所述第一换热通道的通道宽度呈等比数列排布；且沿所述第一流体的入口方向，每一所述第二换热通道组的若干所述第二换热通道的通道宽度呈等比数列排布。

8.根据权利要求6所述的交叉流换热器，其特征在于，沿所述第一流体的入口方向，相邻的两列所述第一换热单元组之间设有第一混合通道，所述第一混合通道用于连通相邻的两列所述第一换热单元组的换热单元的所述第一换热通道组；沿所述第二流体的入口方向，相邻的两列所述第二换热单元组之间设有第二混合通道，所述第二混合通道用于连通相邻的两列所述第二换热单元组的换热单元的所述第二换热通道组。

9.根据权利要求8所述的交叉流换热器，其特征在于，位于所述第一混合通道的后一列的所述第一换热单元组，相对于位于所述第一混合通道的前一列的所述第一换热单元组的所述换热单元减少的一端部具有第一弧形引导面，所述第一弧形引导面凹向所述第一混合通道；位于所述第二混合通道的后一列的所述第二换热单元组，相对于位于所述第二混合通道的前一列的所述第二换热单元组的所述换热单元减少的一端部具有第二弧形引导面，所述第二弧形引导面凹向所述第二混合通道。

10.根据权利要求9所述的交叉流换热器，其特征在于，所述第一弧形引导面和第二弧形引导面在第三方向上的投影重合，其中，所述第三方向为竖直方向。