CN205425938U - 一种新型改良的椭球面换热板 - Google Patents

Abstract

一种能够提高换热效率和降低流动阻力的椭球面换热板。在板材上，它是采用一种新型的奥氏体‑铁素体双相不锈钢材质，克服以往换热板导热与强度、耐腐蚀性等不兼容的缺点。在外型上，它是在传统的长方形换热板板材(单板尺寸长*宽*高为200mm*480mm*0.5mm)上作出椭球面的设计，椭球面满足方程x²/9+y²/36+z²/9＝1(z≥0或者z≤0，单位mm)，同一行椭球面左右相邻间隔为2mm，且凹凸性一致。相邻的上下椭球面首尾恰巧处于同一水平面，采取相间的排列方式，且凹凸性相反。经设计计算，单个换热板每面均有凹凸椭球面20行。另外，在进出水方面，采取惯有的在换热板四个角开有直径为36mm的圆形孔，板两面的边缘均加有厚3mm的密封橡胶带，整体采用冷热双流道逆流换热模式。

Description

一种新型改良的椭球面换热板

所属技术领域

本实用新型涉及换热器领域的一种新型改良的椭球面换热板。

背景技术

目前，国内外所研究的换热板主要有以下几种类型：水平平直波纹板，竖直波纹板，人字形波纹板，斜波纹板和球面不连续波纹板等，其中球面不连续波纹板属于近些年来新出现的较为理想的换热板，人字形波纹板则是现阶段应用最为广泛的换热板。刘艳等在《板式换热器板型尺寸对换热性能影响的探讨》一文中分析了波纹板型、相关的特征尺寸参数对板式换热器换热性能的影响，认为人字形波纹板的传热性能优于平直波纹板，其传热系数会随着波间距和波高的减小而增大，并且波纹间距对板式换热器的换热性能的影响要大于波高对换热性能的影响。马学虎等人在《低下板式换热器性能的实验研究及热力学分析》针对不同的板式换热器在低雷诺数条件下的传热及阻力性能进行相关的实验测试，分析了波高、波距和波纹倾角对板式换热器性能的影响，认为波距对板式换热器的传热性能影响大于波纹倾角和波高的影响，与此同时，波纹倾角和波高对板式换热器阻力特性的影响大于波纹间距的影响。Lieke Wang和Bengt Stmden在《Optimal design of plate heat exchangers with and without pressure drop specifications》一文中通过讨论和分析板式换热器设计的传统方法，提出了一种新的换热器设计迭代方法：以限定阻力损失为设计目标，综合考虑了换热器设计中的各个参数，能够有效的降低，具有一定的优越性。并且以人字形板式换热器的波纹倾角优化设计为例，以年成本为优化目标函数，得出波纹倾角为60°时最经济。宋继伟在其博士论文《球面不连续波纹板式换热器传热与流动特性研究》中，提出了一种新型的球面不连续波纹换热板，并且通过数值模拟和水-水实验的方法，得到该种新型换热板换热器与波纹倾角为60°的人字波纹板式换热器相比，单位压降下的传热系数约高5％～10％，流体介质冲刷球面波纹的迎风面时，此处的温度梯度与速度矢量的协同度较好，其综合性能优于常规的人字形波纹板式换热器等。从以上我们可以知道，现有的60°角人字形板虽然制备工艺较为简单，但是同等条件下，其换热系数比球面不连续波纹板要小，传热效率不高；而宋继伟等人所提出和发明的球面不连续波纹板在具有较高的换热系数前 提下，其由于板面制作工艺复杂，板与板之间的接触点(即支撑点)密集和流体在经过球面的前后存在真空区域，形成了流体的紊流，这就增大了冷热流体的流动阻力，造成了波纹板制作和运行成本较高的后果。另外，现阶段，不论是人字形波纹板，还是球面不连续波纹换热版，其板材均采用的是奥氏体304/316或者钛等材质。综合其整体特性，奥氏体304/316价格低廉，但是强度、耐腐蚀性、导热性能等一般；钛材质的换热板质地轻、强度大，但是导热性能不高，而且价格较为昂贵。

发明内容

为了提高现有换热板的换热系数，减小流体流动阻力等，本实用新型提供了一种椭球面换热板，该换热板采用一种新型的奥氏体-铁素体双相不锈钢材质，克服以往换热板导热与强度、耐腐蚀性等不兼容的缺点，表面椭球面的设计方法大大降低了流体的流动阻力。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一方面在换热器板材上的改进，采用新型的奥氏体-铁素体双相不锈钢材质，较以往的单一的奥氏体不锈钢或者钛板材，其具有价格低、强度大、耐腐蚀性强等特点；另一方面在板材表面上的改进，在传统的长方形板材(单板尺寸长*宽*高为200mm*480mm*0.5mm)上做出椭球面的设计，椭球面满足方程x²/9+y²/36+z²/9＝1(z≥0或者z≤0，单位mm)，同一行椭球面左右相邻间隔为2mm，且凹凸性一致。相邻的上下椭球面首尾恰巧处于同一水平面，采取相间的排列方式，且凹凸性相反。经设计计算，单个换热板每面均有凹凸椭球面20行。另外，在进出水方面，采取惯有的在换热板四个角开有直径为36mm的圆形孔，板两面的边缘均加有厚3mm的密封橡胶带，整体采用冷热双流道逆流换热模式。椭球面形的表面设计较现有的人字形板，大大的增加了整体换热面积，同时也比较刚出现的球面不连续波纹换热板，极大地降低了换热流体在经过换热面前后时的流动阻力，避免了产生紊流现象，减小了流体的进出口压降，进而降低了额外的能耗，提高了换热系数，使得流体的温度场与速度场达到很好的协同作用。

本实用新型的有益效果是：可以改善现有换热片损耗问题的同时，流体的温度场与速度场也达到了很好的协同作用，降低了流动阻力，提高了传热系数。

附图说明

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明(单位：mm)

图1是本实用新型椭球面波纹换热板A-A截面示意图

图2是本实用新型椭球面波纹换热板局部示意图

图3是本实用新型椭球面波纹换热板整体示意图

图中1.奥氏体-铁素体双相不锈钢换热平板，2&3.前后左右相间的椭球面波纹，A&D.换热介质流入孔口，B&C.为换热介质流出孔口

具体实施方式

图1是相邻两个新型椭球面波纹换热板叠加的情形，换热介质从椭球面缝隙穿过达到换热效果。

图2是直观的看到该新型椭球面波纹换热板的局部凹凸情形。

图3中，较粗的黑色实线是用来密封换热介质的橡胶垫圈，厚度与椭球面持平，为3mm。换热介质1从A孔口流入，顺着该新型椭球面波纹换热板向下流动，最后从B孔口流出；换热介质2从D空口流入，顺着该新型椭球面波纹换热板向上流动，最后从C空口流出。该换热板换热采用的是逆流方式，使冷热流体充分接触，从而达到提高换热器换热效率的效果。另外，本实用新型在换热板方面也作出相应的改变。传统的换热板板材多采用的是奥氏体304/316或者钛等材质。本实用新型采用的是一种奥氏体-铁素体双相不锈钢材质。在物理化学性能方面，与单一的铁素体相比，其塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性，以及导热系数高，具有超塑性等特点；与单一的奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高，双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。在制作成本方面，奥氏体304/316板材的价格在20-45元/kg，钛材质板材的价格则普遍都高于100元/kg，而奥氏体-铁素体双相不锈钢板材的价格在30-50元/kg。因而综合其整体特性，奥氏体-铁素体双相不锈钢板材克服以往换热板导热、强度、耐腐蚀性等与价格成本不兼容的缺点，并且表面椭球面的设计也大大降低了流体的流动阻力。

Claims (3)

1.一种新型改良的椭球面换热板，整体呈现长方形，采用具有较强换热能力、抗腐蚀能力，以及较低的流动阻力的换热板材，其特征是：在单板尺寸长*宽*高为200mm*480mm*0.5mm的长方形板材上做出椭球面的设计，椭球面满足方程x²/9+y²/36+z²/9＝1，单位为mm，同一行椭球面左右相邻间隔为2mm，且凹凸性一致，相邻的上下椭球面首尾恰巧处于同一水平面，采取相间的排列方式，且凹凸性相反。

2.根据权利要求1书所述的新型改良的椭球面换热板，其特征是：单个换热板每面均有凹凸椭球面20行。

3.根据权利要求1书所述的新型改良的椭球面换热板，其特征是：在进出水方面，采取惯有的在换热板四个角开有直径为36mm的圆形孔，板两面的边缘均加有厚3mm的密封橡胶带，整体采用冷热双流道逆流换热模式。