CN218179730U - 微细波纹板式热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了微细波纹板式热交换器，涉及热交换器技术领域，包括板束芯体，所述板束芯体包括第一端板、垫板、换热板和第二端板；所述第一端板和第二端板之间设有多个垫板和换热板，垫板与换热板间隔设置，且第一端板、垫板、换热板和第二端板彼此之间通过真空扩散焊的方式连接。本实用新型在满足强度要求的同时可以降低金属板的厚度，较化学刻蚀，避免金属浪费，通过垫板的填充，在换热板束的周边形成多层实体结构，限制板片波纹在真空扩散焊压力和温度耦合作用下的变形，板束整体受力均匀，接触紧密，保证焊接质量，换热器中第一流体的流动路径与第二流体的流动路径近似成逆流，两种流体在各自的流通通道间进行间壁式逆流换热。

Description

微细波纹板式热交换器

技术领域

本实用新型涉及热交换器技术领域，尤其涉及微细波纹板式热交换器。

背景技术

目前，存在许多不同类型的板式换热器，板式换热器的不同结构形式取决于其各自的适应工况。在液化天然气浮式储存和再汽化领域，核电、火电等布雷顿循环发电领域，制氢、储氢和充氢等领域广泛的应用一种紧凑式换热器。这种新型紧凑式换热器具有结构紧凑、换热效率高、耐高温、耐高压等优点。但目前针对这种类型的换热器芯体的制作主要是通过光化学刻蚀在金属板片形成大量的细微流道再将多张金属板片堆叠后经真空扩散焊接而成。

由于光化学刻蚀是在金属平板上加工出当量直径为1-2mm的微通道结构，这一特性决定所采用的金属板的厚度不能低于微通道的当量直径。单位换热面积所需的金属重量增加，刻蚀部分的金属材料浪费，难以在刻蚀液中对金属材料进行回收。

同时由于光化学刻蚀加工工艺的技术设备费用较高。从材料成本及技术设备费用使得换热器的整体成本较高。

通过优化设计换热器结构形式，同时寻求替代光化学刻蚀的其它加工工艺，是制造厂商们节约成本，提高设备经济性的有效途径。

由于真空扩散焊接时是在压力和温度耦合控制下进行，并需要在不同的压力温度区间作用足够的时间，不加限位的板束结构会使金属板片的波纹触点局部发生塑性变形，扩散焊后板束芯体的变形往往过大，变形量不易控制，较大的变形影响板束的热力学性能。

在金属波纹板角孔进入分配区域的一段平边，由于流程分配的需要其端部成交替的封闭和打开，这使得在这一区域板束顶部的压紧力不能有利的向下传递，导致板片与垫板的连接缺陷，焊接质量无法保证，增加热交换器发生内漏的风险。

本实用新型提出微细波纹板式热交换器，以此适应真空扩散炉进行温度、压力耦合控制的扩散焊接，从而获得焊合率高，变形量较小的微细波纹板式换热器。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的微细波纹板式热交换器。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

微细波纹板式热交换器，包括板束芯体，所述板束芯体包括第一端板、垫板、换热板和第二端板；

所述第一端板和第二端板之间设有多个垫板和换热板，垫板与换热板间隔设置，且第一端板、垫板、换热板和第二端板彼此之间通过真空扩散焊的方式连接；

所述第一端板的上侧设有第一流体入口端口、第一流体出口端口、第二流体入口端口、第二流体出口端口；

第一流体从第一流体入口端口流入板束芯体，并从第一流体出口端口流出；

第二流体从第二流体入口端口流入板束芯体，并从第二流体出口端口流出；

第一流体和第二流体在板束芯体内部的流通通道相互独立，且第一流体和第二流体在板束芯体内的流动方向相反。

进一步地，所述垫板包括垫板A和垫板B，垫板A有两个，其中一个垫板A位于靠近第一端板的一侧，且与第一端板以及最靠近第一端板的换热板固定，另一个垫板A位于靠近第二端板的一侧，且与第二端板以及最靠近第二端板的换热板固定；垫板B有多个，多个垫板B位于多个换热板之间，多个垫板B与多个换热板间隔设置且相互固定；

换热板与换热板之间设有垫板B，且换热板与换热板之间在旋转180°后与垫板A以及垫板B一同进行焊接组装，垫板A与垫板B之间、垫板B与垫板B之间在旋转180°后与换热板一同进行焊接组装；

所述垫板A与垫板B结构相同，垫板A与垫板B均包括回形板片，在回形板片的内侧转角处对称设有两个垫板桥和两个垫板肋筋，两个垫板桥位于回形板片长度方向的一侧，两个垫板肋筋位于回形板片长度方向的另一侧，在回形板片的内侧与垫板桥之间均形成有垫板角孔；

所述换热板包括矩形板片，矩形板片设有平直周边，位于矩形板片的转角处均设有板片角孔，矩形板片的中部设有主传热区域，主传热区域设有矩形边界，在矩形边界内设有主传热区波纹，矩形板位于主传热区域的两端均设有分配区域，分配区域设有三角形边界，三角形边界内设有分配区波纹；

换热板的上侧和下侧均在平直周边的位置处分别与上侧和下侧的垫板焊接密封固定。

进一步地，所述垫板A与垫板B的回形板片均在其对角线的两端开设有垫板销孔，同时在回形板片外侧开设有垫板检查口；

所述散热板的矩形板片在其对角线的两端开设有板片销孔，同时在矩形板片外侧开设有板片检查口；

板片销孔和垫板销孔与销钉相匹配，通过销钉将散热板、垫板A与垫板B连接定位。

进一步地，所述换热板通过模具冲压成型，换热板中部为交替凸起和凹槽的微细波纹，其四周具有围绕所述微细波纹设置在同一平面的平直周边，所述主传热区波纹可以为倾斜直波纹结构、人字形波纹结构或交替突起和凹槽的鼓泡波纹结构。

进一步地，所述垫板A的厚度为垫板B厚度的一半。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型中换热板、垫板A、垫板B及端板按照特定的排列堆叠，其彼此间通过真空扩散焊的方式连接。较现有技术具有较好的耐高温、高压性能，同时易于加工制造有较好的经济性，是一种具有较好推广应用前景的紧凑型微细波纹板式热交换器。

2、本实用新型在热交换器板束芯体组装时，通过销钉穿过板束芯体中的各个销孔可起到定位的作用，销孔的位置设置既不会影响外部件的连接又不会引起两侧介质内漏或外漏。

3、本实用新型中换热板中部为交替凸起和凹槽的微细波纹，其四周具有围绕所述微细波纹设置在同一平面的平直周边。平直周边在与垫板堆叠，经真空扩散焊接后形成多层熔融的实体，作为热交换器外周密封焊缝，可限制板束的整体变形。整个板束芯体的所有密封焊缝都与平直周边平面平行，即与扩散焊的压紧力垂直，这样平直周边的设置对于板束芯体的扩散焊接十分有利。

4、本实用新型中第一流体的流动路径与第二流体的流动路径近似成逆流，两种流体在各自的流通通道间进行间壁式逆流换热。

5、本实用新型中冲压成型的换热板，在满足强度要求的同时可以降低金属板的厚度，较化学刻蚀，刻蚀截面金属的浪费，冲压成型不会造成金属材料的浪费，相较与光化学刻蚀金属板的流道，冲压成型的流道表面更加光洁，表面粗糙度更易于控制。相较于紧凑式换热器流通结构的一字型和Z字型结构，微细波纹板间可以形成的网状流通结构更利于对流传热。

6、本实用新型通过垫板的填充，可在换热板束的周边形成多层实体结构，限制了板片波纹在真空扩散焊压力和温度耦合作用下的变形，板束整体受力均匀，接触紧密，保证了焊接质量。

6.本实用新型通过设置在垫板的垫板桥和垫板肋筋，可将两组流体分配至相间的换热板通道，实现间壁式逆向热交换。垫板通过垫板筋使得热交换器流体进出端口处的压紧力得以有效的向下传递至每一件换热板和垫板之间。

综上所述，本实用新型在满足强度要求的同时可以降低金属板的厚度，较化学刻蚀，避免金属的浪费，通过垫板的填充，可在换热板束的周边形成多层实体结构，限制了板片波纹在真空扩散焊压力和温度耦合作用下的变形，板束整体受力均匀，接触紧密，保证了焊接质量，换热器中第一流体的流动路径与第二流体的流动路径近似成逆流，两种流体在各自的流通通道间进行间壁式逆流换热。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型中换热板的结构示意图；

图3为本实用新型中垫板的结构示意图；

图4为图1中的A-A断面图；

图5为图1中的B-B断面图；

图6为本实用新型的安装流程示意图。

图中：1第一端板、2垫板A、3换热板、4垫板B、5第二端板；

F1第一流体流动路径、F2第二流体流动路径；

101第一流体入口端口、102第一流体出口端口、103第二流体入口端口、104第二流体出口端口；

31板片销孔、32板片检查口、33平直周边、34主传热区域、35分配区域、36板片角孔、341矩形边界、342主传热区波纹、351三角形边界、352分配区波纹；

41垫板销孔、42垫板检查口、43垫板桥、44垫板肋筋、45垫板角孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；

参照图1-6，微细波纹板式热交换器，包括板束芯体，板束芯体包括第一端板1、垫板、换热板3和第二端板5；

第一端板1和第二端板5之间设有多个垫板和换热板3，垫板与换热板3间隔设置，且第一端板1、垫板、换热板3和第二端板5彼此之间通过真空扩散焊的方式连接；现有技术本实用新型具有较好的耐高温、高压性能，同时易于加工制造有较好的经济性，是一种具有较好推广应用前景的紧凑型微细波纹板式热交换器。

第一端板1的上侧设有第一流体入口端口101、第一流体出口端口102、第二流体入口端口103、第二流体出口端口104；

第一流体从第一流体入口端口101流入板束芯体，并从第一流体出口端口102流出；

第二流体从第二流体入口端口103流入板束芯体，并从第二流体出口端口104流出；

第一流体和第二流体在板束芯体内部的流通通道相互独立，且第一流体和第二流体在板束芯体内的流动方向相反。

垫板包括垫板A2和垫板B4，垫板A2有两个，其中一个垫板A2位于靠近第一端板1的一侧，且与第一端板1以及最靠近第一端板1的换热板3固定，另一个垫板A2位于靠近第二端板5的一侧，且与第二端板5以及最靠近第二端板5的换热板3固定；垫板B4有多个，多个垫板B4位于多个换热板3之间，多个垫板B4与多个换热板3间隔设置且相互固定；

换热板3与换热板3之间设有垫板B4，且换热板3与换热板3之间在旋转180°后与垫板A2以及垫板B4一同进行焊接组装，垫板A2与垫板B4之间、垫板B4与垫板B4之间在旋转180°后与换热板3一同进行焊接组装；

垫板A2与垫板B4结构相同，垫板A2的厚度为垫板B4厚度的一半。

垫板A2与垫板B4均包括回形板片，在回形板片的内侧转角处对称设有两个垫板桥43和两个垫板肋筋44，两个垫板桥43位于回形板片长度方向的一侧，两个垫板肋筋44位于回形板片长度方向的另一侧，在回形板片的内侧与垫板桥43之间均形成有垫板角孔45；

换热板3包括矩形板片，矩形板片设有平直周边33，位于矩形板片的转角处均设有板片角孔36，矩形板片的中部设有主传热区域34，主传热区域34设有矩形边界341，在矩形边界341内设有主传热区波纹342，矩形板位于主传热区域34的两端均设有分配区域35，分配区域35设有三角形边界351，三角形边界351内设有分配区波纹352；

换热板3的上侧和下侧均在平直周边33的位置处分别与上侧和下侧的垫板焊接密封固定。

垫板A2与垫板B4的回形板片均在其对角线的两端开设有垫板销孔41，同时在回形板片外侧开设有垫板检查口42；

散热板3的矩形板片在其对角线的两端开设有板片销孔31，同时在矩形板片外侧开设有板片检查口32；

板片销孔31和垫板销孔41与销钉相匹配，通过销钉将散热板3、垫板A2与垫板B4连接定位。在热交换器板束芯体组装时，通过设置在组装压紧平台的两个销钉穿过板束芯体中各个部件的销孔即可起到定位的作用，同时上述各个销孔的位置设置既不会影响外部件的连接又不会引起两侧介质内漏或外漏。

换热板3通过模具冲压成型，换热板3中部为交替凸起和凹槽的微细波纹，其四周具有围绕微细波纹设置在同一平面的平直周边33，主传热区波纹342可以为倾斜直波纹结构、人字形波纹结构或交替突起和凹槽的鼓泡波纹结构。

如图6所示，组装时，利用销钉与板片销孔31和垫板销孔41相配合，即可将第一端板1、垫板A2、换热板3、垫板B4和第二端板5进行组装定位；并利用真空扩散焊接的方式将第一端板1、垫板A2、换热板3、垫板B4和第二端板5焊接为整体的板束芯体；F1第一流体流动路径、F2第二流体流动路径；

第一流体按照图1中所示的第一流体流动路径F1，从第一流体入口端口101流入板束芯体内部的换热通道，在换热后从第一流体出口端口102流出；

第二流体按照图1中所示的第二流体流动路径F2，从第二流体入口端口103流入板束芯体内部的换热通道，在换热后从第二流体出口端口104流出；

与第一端板1接触的第一个垫板和与第二端板5接触的最后一个垫板为垫板A2，其余垫板为垫板B4。相邻的垫板B4旋转180°组装，换热板3与垫板交替堆叠，相邻两换热板3旋转180°组装。

一个换热板3与其他相邻的换热板3旋转180°组装，在两换热板3中间设置有垫板B2，流体经垫板肋筋44的间隙进入换热板3流通通道；相邻的两垫板B4旋转180°组装，在同一流体进出端口中垫板肋筋44、垫板桥43交替布置，多组板组交替累叠形成板束芯体。

供第一流体流通的板对间通道(换热通道)相对于第二流体的流道是关闭的；相对应的供第二流体流通的板对间通道(换热通道)相对于第一流体是关闭的。即进行换热的两种介质由与换热板3平行的方向流入板束芯体并流出。可以看出第一流体的流动路径与第二流体的流动路径近似成逆流，两种流体在各自的流通通道间进行间壁式逆流换热。

Claims (5)

1.微细波纹板式热交换器，包括板束芯体，其特征在于，所述板束芯体包括第一端板(1)、垫板、换热板(3)和第二端板(5)；

所述第一端板(1)和第二端板(5)之间设有多个垫板和换热板(3)，垫板与换热板(3)间隔设置，且第一端板(1)、垫板、换热板(3)和第二端板(5)彼此之间通过真空扩散焊的方式连接；

所述第一端板(1)的上侧设有第一流体入口端口(101)、第一流体出口端口(102)、第二流体入口端口(103)、第二流体出口端口(104)；

第一流体从第一流体入口端口(101)流入板束芯体，并从第一流体出口端口(102)流出；

第二流体从第二流体入口端口(103)流入板束芯体，并从第二流体出口端口(104)流出；

第一流体和第二流体在板束芯体内部的流通通道相互独立，且第一流体和第二流体在板束芯体内的流动方向相反。

2.根据权利要求1所述的微细波纹板式热交换器，其特征在于，所述垫板包括垫板A(2)和垫板B(4)，垫板A(2)有两个，其中一个垫板A(2)位于靠近第一端板(1)的一侧，且与第一端板(1)以及最靠近第一端板(1)的换热板(3)固定，另一个垫板A(2)位于靠近第二端板(5)的一侧，且与第二端板(5)以及最靠近第二端板(5)的换热板(3)固定；垫板B(4)有多个，多个垫板B(4)位于多个换热板(3)之间，多个垫板B(4)与多个换热板(3)间隔设置且相互固定；

换热板(3)与换热板(3)之间设有垫板B(4)，且换热板(3)与换热板(3)之间在旋转180°后与垫板A(2)以及垫板B(4)一同进行焊接组装，垫板A(2)与垫板B(4)之间、垫板B(4)与垫板B(4)之间在旋转180°后与换热板(3)一同进行焊接组装；

所述垫板A(2)与垫板B(4)结构相同，垫板A(2)与垫板B(4)均包括回形板片，在回形板片的内侧转角处对称设有两个垫板桥(43)和两个垫板肋筋(44)，两个垫板桥(43)位于回形板片长度方向的一侧，两个垫板肋筋(44)位于回形板片长度方向的另一侧，在回形板片的内侧与垫板桥(43)之间均形成有垫板角孔(45)；

所述换热板(3)包括矩形板片，矩形板片设有平直周边(33)，位于矩形板片的转角处均设有板片角孔(36)，矩形板片的中部设有主传热区域(34)，主传热区域(34)设有矩形边界(341)，在矩形边界(341)内设有主传热区波纹(342)，矩形板位于主传热区域(34)的两端均设有分配区域(35)，分配区域(35)设有三角形边界(351)，三角形边界(351)内设有分配区波纹(352)；

换热板(3)的上侧和下侧均在平直周边(33)的位置处分别与上侧和下侧的垫板焊接密封固定。

3.根据权利要求2所述的微细波纹板式热交换器，其特征在于，所述垫板A(2)与垫板B(4)的回形板片均在其对角线的两端开设有垫板销孔(41)，同时在回形板片外侧开设有垫板检查口(42)；

所述换热板(3)的矩形板片在其对角线的两端开设有板片销孔(31)，同时在矩形板片外侧开设有板片检查口(32)；

板片销孔(31)和垫板销孔(41)与销钉相匹配，通过销钉将换热板(3)、垫板A(2)与垫板B(4)连接定位。

4.根据权利要求3所述的微细波纹板式热交换器，其特征在于，所述换热板(3)通过模具冲压成型，换热板(3)中部为交替凸起和凹槽的微细波纹，其四周具有围绕所述微细波纹设置在同一平面的平直周边(33)，所述主传热区波纹(342)可以为倾斜直波纹结构、人字形波纹结构或交替突起和凹槽的鼓泡波纹结构。

5.根据权利要求2所述的微细波纹板式热交换器，其特征在于，所述垫板A(2)的厚度为垫板B(4)厚度的一半。

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