含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器。由上蓋板，中間傳熱板和下蓋板組成。上蓋板下端面中間開有熱交換區(qū)域，熱交換區(qū)域兩端分別開三棱柱狀流體分布腔，分別與冷流出口、入口不銹鋼管相連；下蓋板上端面中間開有熱交換區(qū)域，熱交換區(qū)域兩端分別開三棱柱狀流體分布腔，分別與熱流出口、入口不銹鋼管相連；中間傳熱板內(nèi)有呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列，且上下表面在每個(gè)圓形通孔旁開有多個(gè)圓形凸起，熱管陣列安裝在呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列內(nèi)。熱管被中間傳熱板分隔為冷凝端和蒸發(fā)端。本發(fā)明采用中間傳熱板和熱管作為傳熱元件，具有更強(qiáng)的傳熱效率；熱管在換熱器中呈錯(cuò)排陣列分布，具有較大的傳熱面積，且與流體接觸更加充分。
【專利說明】
含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及板式換熱器，尤其是涉及一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器。
技術(shù)背景
[0002]換熱器是化工、環(huán)保、能源、電力等工業(yè)領(lǐng)域的一種重要單元設(shè)備。主要可分為混合式、蓄熱式和間壁式三類。其中，間壁式換熱器是兩種不同溫度的介質(zhì)在相間隔的流道中流動(dòng)，介質(zhì)之間不會(huì)相互混合，整個(gè)過程連續(xù)而穩(wěn)定，成為工業(yè)應(yīng)用中最為廣泛的一類換熱器。
[0003]間壁式換熱器中最常見的為管殼式換熱器。其操作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，可在高溫高壓下使用。在管殼式換熱器中，一種流體在管內(nèi)流動(dòng)，另一種流體在殼側(cè)流動(dòng)，通過管子進(jìn)行熱量交換。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?200910023897.9)公開了一種傳熱管外流體多股螺旋流管殼式換熱器。該換熱器采用設(shè)有縱向螺旋翅片的傳熱管，不但增大了換熱器的管內(nèi)傳熱面積，而且實(shí)現(xiàn)了傳熱管內(nèi)外流體的雙螺旋流動(dòng)，從而優(yōu)化了傳熱管內(nèi)外的對流傳熱效率，提高了換熱器的綜合傳熱性能。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?201310406987.2)公開了一種管殼式換熱器。該管殼式換熱器通過設(shè)置旋流構(gòu)件對殼側(cè)流體流動(dòng)進(jìn)行加速，加大管外流體湍流程度，強(qiáng)化殼程傳熱；同時(shí)，該換熱器在管內(nèi)插入元件，產(chǎn)生擾流效果，強(qiáng)化管內(nèi)傳熱。通過良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管殼式換熱器雖然傳熱效率得到了很大的提高，但仍存在體積、重量較大，比表面積較小等缺點(diǎn)。
[0004]另一類間壁式換熱器為板式換熱器。板式換熱器一般由若干板片疊裝而成。各種板片之間形成矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。相對于管式換熱器，其具有傳熱系數(shù)高，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?2011103414429)公開了一種新型三維網(wǎng)墊板式換熱器。該換熱器的傳熱區(qū)域設(shè)置三維網(wǎng)墊，增強(qiáng)了流道中主流區(qū)與壁面附近流體的質(zhì)量交換，達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，使該板式換熱器相對于常規(guī)板式換熱器具有更佳的傳熱性能。中國發(fā)明專利(申請?zhí)?2013105246963)公開了一種部分填充金屬泡沫的平板式換熱器。該換熱器將多個(gè)金屬泡沫片由上至下等間距水平設(shè)置在換熱器通道內(nèi)，增大了流體在通道中流動(dòng)的湍流度，從而對傳熱進(jìn)行了強(qiáng)化，提高了換熱器的傳熱效率。該換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱性能較好，壓降較小。
[0005]綜上所述，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管式換熱器和板式換熱器的傳熱性能均有了較大的提高，但是現(xiàn)有的管式換熱器和板式換熱器體積仍較為龐大，比表面積小，不能滿足目前換熱器結(jié)構(gòu)小型化、輕量化的要求。雖然目前已公開了一些比表面積大、傳熱效率高等優(yōu)點(diǎn)的微通道換熱器(申請?zhí)?201310080896.4;申請?zhí)?201310282633.1)，但這些微通道換熱器在微通道制備與設(shè)計(jì)方面仍存在一些不足之處。因此，有必要設(shè)計(jì)一種高效，低成本的換熱器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，該換熱器的傳熱元件為微小熱管，其導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力，因此相對于采用固體隔板作為傳熱媒介的常規(guī)換熱器，具有更強(qiáng)的傳熱效率;另一方面，微小熱管在換熱器中呈錯(cuò)排陣列分布，具有較大的傳熱面積，且與流體接觸更加充分。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括上蓋板組件，中間傳熱組件和下蓋板組件用螺釘連接而成;其中:
1)上蓋板組件:包括上蓋板，冷流入口不銹鋼管和冷流出口不銹鋼管;上蓋板四周開有螺紋孔，上蓋板下端面中間開有凹槽;凹槽沿上蓋板長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與上蓋板短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;上蓋板一側(cè)短邊的冷流入口不銹鋼管與上蓋板的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，上蓋板另一側(cè)短邊的冷流出口不銹鋼管與上蓋板的工質(zhì)流體出口孔相連；
2)下蓋板組件:包括下蓋板，熱流入口不銹鋼管和熱流出口不銹鋼管;下蓋板四周開有螺紋孔，下蓋板上端面中間開有凹槽;凹槽沿下蓋板長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與下蓋板短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;下蓋板一側(cè)短邊的熱流入口不銹鋼管與下蓋板的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，下蓋板另一側(cè)短邊的熱流出口不銹鋼管與下蓋板的工質(zhì)流體出口孔相連。
[0008]3)中間傳熱組件:包括四周開有螺紋孔的中間傳熱板和熱管陣列；中間傳熱板內(nèi)有呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列，且上下表面在每個(gè)圓形通孔旁開有多個(gè)圓形凸起；中間傳熱板與上蓋板裝配后形成冷流通道；中間傳熱板與下蓋板裝配后形成熱流通道；中間傳熱板呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列內(nèi)均安裝有結(jié)構(gòu)相同的熱管構(gòu)成熱管陣列;安裝在中間傳熱板內(nèi)的熱管被中間傳熱板分隔為上下兩部分，上部分為冷凝端，位于冷流通道內(nèi)；下部分為蒸發(fā)端，位于熱流通道內(nèi)。
[0009]所述上蓋板、下蓋板和中間傳熱板為矩形體結(jié)構(gòu)，其長度尺寸與寬度尺寸相同。
[0010]所述熱管陣列和中間傳熱板采用焊接或者粘接方式密封連接;上蓋板與冷流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接，下蓋板與熱流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接;上蓋板組件與中間傳熱組件，下蓋板組件與中間傳熱組件采用柔性石墨墊與緊固螺栓相結(jié)合的方式密封連接。
[0011]所述熱管形狀為圓柱體，由管殼、吸液芯、液體工質(zhì)和端蓋組成；管殼材料為鋁合金或者銅。
[0012]所述上蓋板和下蓋板材料均為不銹鋼，中間傳熱板材料為鋁合金或者銅。
[0013]本發(fā)明具有的有益效果如下:
1)除了采用中間傳熱薄板作為傳熱媒介外，該換熱器還采用微小熱管作為傳熱元件。由于微小熱管導(dǎo)熱能力超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力，因此相對于采用固體隔板作為傳熱媒介的常規(guī)換熱器，該換熱器具有更強(qiáng)的傳熱效率；
2)傳熱單元微小熱管在換熱器中呈錯(cuò)排陣列分布，具有較大的傳熱面積，且與流體接觸更加充分；
3)該換熱器采用層疊形式，拆裝容易；同時(shí)，換熱器的規(guī)模擴(kuò)大方便，通過進(jìn)行層疊設(shè)計(jì)就可實(shí)現(xiàn)； 4)該換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，各部分制造工藝成熟且制造成本較低，適合大批量生產(chǎn)；
5)本發(fā)明可作為中、小型板式換熱器，應(yīng)用于化工、能源等領(lǐng)域的中、小流量流體的換熱場合。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)拆分示意圖；
圖3是本發(fā)明熱流流道示意圖；
圖4是本發(fā)明上蓋板組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本發(fā)明中間傳熱組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本發(fā)明中間傳熱組件的二維結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本發(fā)明下蓋板組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中:1、上蓋板組件，2、中間傳熱組件，3、下蓋板組件，4、冷流通道，5、熱流通道，
6、上蓋板，7、冷流入口不銹鋼管，8、冷流出口不銹鋼管，9、中間傳熱板，10、熱管陣列，11、下蓋板，12、熱流入口不銹鋼管，13、熱流出口不銹鋼管。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1-圖7所示，本發(fā)明包括上蓋板組件I，中間傳熱組件2和下蓋板組件3用螺釘連接而成;其中:
I)上蓋板組件1:如圖2、圖3、圖4所示，包括上蓋板6，冷流入口不銹鋼管7和冷流出口不銹鋼管8;上蓋板6四周開有螺紋孔，上蓋板6下端面中間開有凹槽;凹槽沿上蓋板6長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與上蓋板6短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;上蓋板6—側(cè)短邊的冷流入口不銹鋼管7與上蓋板6的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，上蓋板6另一側(cè)短邊的冷流出口不銹鋼管8與上蓋板6的工質(zhì)流體出口孔相連。長方體熱交換區(qū)域底面開有垂直的擾流板，用于增加工質(zhì)流體在冷流通道4和熱流通道5內(nèi)流動(dòng)的紊亂度，提高換熱器的傳熱效率。兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有垂直的工質(zhì)流體導(dǎo)流板，用于均勻工質(zhì)流體在冷流通道4和熱流通道5內(nèi)的流速分布和溫度分布，提高換熱器的傳熱性能。
[00?8] 2)下蓋板組件3:如圖2、圖3、圖7所示，包括下蓋板11，熱流入口不銹鋼管12和熱流出口不銹鋼管13;下蓋板11四周開有螺紋孔，下蓋板11上端面中間開有凹槽;凹槽沿下蓋板11長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與下蓋板11短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;下蓋板11 一側(cè)短邊的熱流入口不銹鋼管12與下蓋板11的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，下蓋板11另一側(cè)短邊的熱流出口不銹鋼管13與下蓋板11的工質(zhì)流體出口孔相連。長方體熱交換區(qū)域底面開有垂直的擾流板，用于增加工質(zhì)流體在冷流通道4和熱流通道5內(nèi)流動(dòng)的紊亂度，提高換熱器的傳熱效率。兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有垂直的工質(zhì)流體導(dǎo)流板，用于均勻工質(zhì)流體在冷流通道4和熱流通道5內(nèi)的流速分布和溫度分布，提高換熱器的傳熱性能。
[0019]3)中間傳熱組件2:如圖2、圖3、圖5、圖6所示，包括四周開有螺紋孔的中間傳熱板9和熱管陣列10;中間傳熱板9內(nèi)有呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列，中間傳熱板9的厚度為2 mm，且上下表面在每個(gè)圓形通孔旁開有多個(gè)圓形凸起，用于對工質(zhì)流體產(chǎn)生擾流作用，破壞流體與壁面形成的邊界層，提高工質(zhì)流體與壁面的傳熱效率；中間傳熱板9與上蓋板6裝配后形成冷流通道4;中間傳熱板9與下蓋板11裝配后形成熱流通道5;中間傳熱板9呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列內(nèi)均安裝有結(jié)構(gòu)相同的熱管構(gòu)成熱管陣列10;安裝在中間傳熱板9內(nèi)的熱管被中間傳熱板9分隔為上下兩部分，上部分為冷凝端，位于冷流通道4內(nèi)；下部分為蒸發(fā)端，位于熱流通道5內(nèi)。
[0020]所述上蓋板6、下蓋板11和中間傳熱板9為矩形體結(jié)構(gòu)，其長度尺寸與寬度尺寸相同。
[0021]所述熱管陣列10和中間傳熱板9采用焊接或者粘接方式密封連接;上蓋板6與冷流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接，下蓋板11與熱流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接;上蓋板組件I與中間傳熱組件2，下蓋板組件3與中間傳熱組件2采用柔性石墨墊與緊固螺栓相結(jié)合的方式密封連接。
[0022]所述熱管形狀為圓柱體，由管殼、吸液芯、液體工質(zhì)和端蓋組成；管殼材料為鋁合金或者銅。
[0023]所述上蓋板6和下蓋板11材料均為不銹鋼，中間傳熱板9材料為鋁合金或者銅。
[0024]所述的含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，上蓋板、下蓋板和中間傳熱板的制造均可采用常規(guī)的機(jī)械加工方法，熱管為市售的標(biāo)準(zhǔn)件，熱管的制造可采用目前技術(shù)成熟的熱管制造方法。
[0025]本發(fā)明的具體傳熱過程如下:
如圖3所示，冷熱流工質(zhì)流體采用逆流方式流入板式換熱器，溫度高的工質(zhì)流體通過熱流入口不銹鋼管12流入換熱器的熱流通道5;溫度低的工質(zhì)流體通過冷流入口不銹鋼管7流入換熱器的冷流通道4。一方面，高溫工質(zhì)流體通過對流傳熱方式將熱量傳遞給中間傳熱板9，中間熱板板9再通過對流傳熱方式將熱量傳遞給低溫工質(zhì)流體。另一方面，高溫工質(zhì)流體通過對流傳熱方式將熱量傳遞給中間傳熱板9上熱管位于熱流流道5的蒸發(fā)端。熱管蒸發(fā)端內(nèi)液體工質(zhì)吸熱后氣化，流到熱管的位于冷流流道4的冷凝端。氣化后的熱管工質(zhì)溫度很高，流到位于冷流流道4的冷凝端后就會(huì)與冷流流道4內(nèi)的低溫工質(zhì)流體進(jìn)行熱交換，將熱量傳遞給低溫工質(zhì)流體。通過中間傳熱板9傳熱和熱管傳熱，換熱器實(shí)現(xiàn)了高低溫工質(zhì)流體的熱交換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，包括上蓋板組件(I)，中間傳熱組件(2)和下蓋板組件(3)用螺釘連接而成;其特征在于: 1)上蓋板組件(I):包括上蓋板(6)，冷流入口不銹鋼管(7)和冷流出口不銹鋼管(8);上蓋板(6)四周開有螺紋孔，上蓋板(6)下端面中間開有凹槽;凹槽沿上蓋板(6)長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與上蓋板(6)短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;上蓋板(6)—側(cè)短邊的冷流入口不銹鋼管(7)與上蓋板(6)的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，上蓋板(6)另一側(cè)短邊的冷流出口不銹鋼管(8)與上蓋板(6)的工質(zhì)流體出口孔相連； 2)下蓋板組件(3):包括下蓋板(11)，熱流入口不銹鋼管(12)和熱流出口不銹鋼管(13);下蓋板(11)四周開有螺紋孔，下蓋板(11)上端面中間開有凹槽;凹槽沿下蓋板(11)長邊方向分為3個(gè)區(qū)域，中間為長方體熱交換區(qū)域，兩邊均為扁平三棱柱狀流體分布腔，長方體熱交換區(qū)域底面開有與下蓋板(11)短邊平行的多條擾流板，兩邊扁平三棱柱狀流體分布腔內(nèi)開有呈輻射狀多條工質(zhì)流體導(dǎo)流板;下蓋板(11) 一側(cè)短邊的熱流入口不銹鋼管(12)與下蓋板(11)的工質(zhì)流體進(jìn)口孔相連，下蓋板(11)另一側(cè)短邊的熱流出口不銹鋼管(13)與下蓋板(11)的工質(zhì)流體出口孔相連； 3)中間傳熱組件(2):包括四周開有螺紋孔的中間傳熱板(9)和熱管陣列(10);中間傳熱板(9)內(nèi)有呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列，且上下表面在每個(gè)圓形通孔旁開有多個(gè)圓形凸起；中間傳熱板(9)與上蓋板(6)裝配后形成冷流通道(4);中間傳熱板(9)與下蓋板(11)裝配后形成熱流通道(5);中間傳熱板(9)呈錯(cuò)排分布的圓形通孔陣列內(nèi)均安裝有結(jié)構(gòu)相同的熱管構(gòu)成熱管陣列(10);安裝在中間傳熱板(9)內(nèi)的熱管被中間傳熱板(9)分隔為上下兩部分，上部分為冷凝端，位于冷流通道(4)內(nèi)；下部分為蒸發(fā)端，位于熱流通道(5)內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，其特征在于:所述上蓋板(6)、下蓋板(11)和中間傳熱板(9)為矩形體結(jié)構(gòu)，其長度尺寸與寬度尺寸相同。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，其特征在于:所述熱管陣列(10)和中間傳熱板(9)采用焊接或者粘接方式密封連接;上蓋板(6)與冷流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接，下蓋板(II)與熱流出、入口不銹鋼管采用氬弧焊方式密封連接;上蓋板組件(I)與中間傳熱組件(2)，下蓋板組件(3)與中間傳熱組件(2)采用柔性石墨墊與緊固螺栓相結(jié)合的方式密封連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，其特征在于:所述熱管形狀為圓柱體，由管殼、吸液芯、液體工質(zhì)和端蓋組成;管殼材料為鋁合金或者銅。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含錯(cuò)排熱管陣列的板式換熱器，其特征在于:所述上蓋板(6)和下蓋板(11)材料均為不銹鋼，中間傳熱板(9)材料為鋁合金或者銅。
【文檔編號(hào)】F28F21/08GK105823360SQ201610253236
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】錢淼, 梅德慶, 易鄒東, 易鄒東一, 姚喆赫, 馮艷冰
【申請人】浙江大學(xué)