CN103217049A - 一种板式换热器及其板片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板式换热器的板片，所述板片包括位于板片正反两面的两个板平面：第一板平面和第二板平面，包括将板片分隔成至少2个区域的隔离段，所述隔离段包括第一隔离段、第二隔离段和第三隔离段，所述第三隔离段包括两段长度相同的、相邻并排设置且分别相对所述板片向相反的方向凹陷的凹槽：第一凹槽和第二凹槽，所述第一隔离段和第三隔离段分别位于所述第二隔离段的两端；所述第一隔离段为所述第一凹槽在所述板片上的延伸段，所述第二隔离段为所述第二凹槽在所述板片上的延伸段；在板片的第一板平面，第一隔离段和第一凹槽凹陷，第二隔离段和第二凹槽凸起，在板片的第二板平面，第一隔离段和第一凹槽凸起，第二隔离段和第二凹槽凹陷。

Description

一种板式换热器及其板片

技术领域

本发明涉及热交换领域，更具体的说，涉及一种板式换热器及其板片。

背景技术

板式换热器是一种紧凑、高效的换热器，是工业过程中必不可少的设备，广泛应用于动力、化工、食品、空调、供热、机械等行业中，它还是新能源如余热利用、太阳能利用、海水利用、地热利用中的关键设备。

板式换热器由多片冲压成型的薄板片堆叠而成，通过螺栓或焊接实现固定。相邻两片板片形成一个流体换热通道，冷热流体相间地通过流体换热通道，并进行换热。一个流体换热通道只流一种流体。换热器在两端设有进出口。板片的材料一般为不锈钢、钛板、铝合金等。

板式换热器一般呈长方体形状，长宽比一般大于2，因为流体换热时为达到一定的换热效率，流体在换热器的流速与流程有一定要求。换热器越长，对应的流程越大，流体流速也往往越大，越有利于达到目标的换热效率。

而在在一些特定的应用环境里，换热器放置空间有限，尤其往往是长度方向空间有限，长宽比难以满足大于2的要求，比如在汽车应用中，因此换热器不能设计得过长，但这就会影响目标换热效率的实现。

以简单的单项流动换热为例，说明换热系数与流体流速的关系。板式换热器中，流动方式一般为湍流，换热系数k与流速v的n次方即vⁿ成正比，n取值一般在0.6~1.0之间。

现有技术的板片如图1所示，包括中心热交换区域和分布在中心热交换区域四周的角孔（01、02、03、04），中心热交换区域通常包括表面图案12和板平面11。表面图案12多为相对板平面11凹陷或凸起形成的不同形状，比如波纹图案、凹坑图案等。

如图1所示，同种流体的进口与出口分别设置在两端，流体从进口进入流体传热通道后从整个通道往出口流动。换热器在满足长度要求下，为保证换热量，不得不增加板片的数量或者板片组宽度（对应于通道宽度）。

发明内容

本发明的目的之一在于：为解决上述现有技术只能通过增加板片数量或者增加板片组的宽度来提高换热器的换热量的缺陷提供一种板式换热器的板片，本发明的目的之二是提供一种板式换热器。

本发明为解决上述现有技术的缺陷，提供了一种板式换热器的板片，所述板片包括位于板片正反两面的两个板平面：第一板平面和第二板平面，包括将板片分隔成至少2个区域的隔离段，所述隔离段包括第一隔离段、第二隔离段和第三隔离段，所述第三隔离段包括两段长度相同的、相邻并排设置且分别相对所述板片向相反的方向凹陷的凹槽：第一凹槽和第二凹槽，所述第一隔离段和第三隔离段分别位于所述第二隔离段的两端；所述第一隔离段为所述第一凹槽在所述板片上的延伸段，所述第二隔离段为所述第二凹槽在所述板片上的延伸段；

在板片的第一板平面，第一隔离段和第一凹槽凹陷，第二隔离段和第二凹槽凸起，在板片的第二板平面，第一隔离段和第一凹槽凸起，第二隔离段和第二凹槽凹陷。

优选地，所述隔离段的长度为L，所述第一隔离段的长度为L1，所述第二隔离段的长度为L2，其中1/6≤L1/L≤1/3，且1/6≤L2/L≤1/3。

优选地，所述第一凹槽和第二凹槽相邻且平滑过渡，所述第一凹槽、第一隔离段、第二凹槽和第二隔离段相对所述板片的高度大致相等。

优选地，所述第一凹槽和第二凹槽将所述板片分割成两个区域，所述两个区域分别设有两个角孔，每个区域的两个角孔的挡圈分别设置在所述板片的两侧，所述挡圈相对所述板片的高度与所述第一凹槽、第一隔离段、第二凹槽和第二隔离段相对所述板片的高度大致相等。

优选地，在所述第一隔离段的两侧和第二隔离段的两侧分别设置有两个角孔，在第一隔离段两侧的两个角孔上挡圈向第二隔离段凹陷的方向凹陷，在第二隔离段两侧的两个角孔上挡圈想第一隔离段凹陷的方向凹陷。

优选地，所述板片被隔离段分割成成两个区域，每个区域都包括位于其中心部分的换热区域，即两个角孔之间的区域为换热区域，换热区域上设有凹凸不平的表面图案，所述表面图案为：波纹图案或凹坑形状，所述表面图案相对板平面的高度需小于第一凹槽和第二凹槽相对板平面的高度。

本发明的目的之二在于：提供一种板式换热器，包括板组件，所述板组件包括至少3个层叠设置的板片，相邻两板片封闭成一个流体换热通道，所述板片为上述任一项所述的板片。

优选地，所述板组件包括三个依次层叠设置的板片：第一板片、第二板片和第三板片；

优选地，所述第二板片的第一板平面与第三板片的第一板平面正对设置，所述第二板片的第二板平面与第一板片的第一板平面对应设置。

优选地，所述第二板片和第一板片的第一凹槽压紧接触，且两个板片的第一隔离段也压紧接触，两个板片的第二隔离段两侧的角孔挡圈压紧接触，两个板片之间形成第一流体通道，两个板片相对设置的第二隔离段之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。

优选地，所述第二板片和第三版片的第二凹槽压紧接触，且两个板片的第二隔离段也压紧接触，两个板片的第一隔离段两侧的角孔挡圈压紧接触，两个板片之间形成第二流体通道，两个板片相对设置的第一隔离段之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。

本发明的板式换热器的板片通过采用分别向板片的两侧凹陷的第一凹槽和第二凹槽，以及分别与第一凹槽和第二凹槽的第一凹槽和第二凹槽的延伸段：第一隔离段和第二隔离段，在板片两侧分别隔离出两种不同流体的加长流体通道。从而实现在一定长度的条件下，不增加板片的数量也能保证板式换热器的换热量。可使得换热器在苛刻的长度限制下仍具有较大的流体流速与换热系数。

本发明的板式换热器的板片的隔离段长度L、第一隔离段长度L1和第二隔离段长度L2三个参数满足以下比例范围：1/6≤L1/L≤1/3，且1/6≤L2/L≤1/3，兼顾了板式换热器的换热效率和流体的流动阻力。

本发明的板式换热器的板片堆叠而成的板式换热器使得同一流体的进口和出口就可以设置在换热器的同一端，极大的简化了换热器与其他设备的连接管路。

附图说明

图1所示为现有技术的板式换热器的板片示意图；

图2所示为本发明的板式换热器的板片具体实施例示意图；

图3所示为本发明的板式换热器的板片组装成的板组件的具体实施例示意图；

图4所示为本发明的板式换热器的板片组装成的板组件的具体实施例的主视图；

图5所示为图4中所示的A-A剖视图；

图6所示为图4中所示的B-B剖视图；

图7所示为图4中所示的C-C剖视图；

图8所示为本发明的板式换热器的板片组装成的板式换热器的流体流动路径示意图。

具体实施方式

如图2所示的板式换热器的板片，板片包括位于板片正反两面的两个板平面：第一板平面101（如图2所示）和第二板平面102（如图3所示）。板片包括将板片分隔成至少2个区域的隔离段，隔离段包括第一隔离段211、第二隔离段212和第三隔离段，第三隔离段包括两段长度相同的、相邻并排设置且分别相对板片向相反的方向凹陷的凹槽：第一凹槽201和第二凹槽202，第一隔离段211和第二隔离段212分别位于第三隔离段的两端；第一隔离段211为第一凹槽201在板片上的延伸段，第二隔离段212为第二凹槽202在板片上的延伸段。

这样在板片的两侧就分别形成了隔离段两侧区域的流体流道：在板片的第一板平面101，第一隔离段211和第一凹槽201凹陷，第二隔离段212和第二凹槽202凸起，在板片的第二板平面102，第一隔离段211和第一凹槽201凸起，第二隔离段212和第二凹槽202凹陷。

在多个板片层叠设置的情况下一个板片的第一侧边与其相邻板片的第一板平面101正对设置，一个板片的第二板平面102与其相邻板片的第二板平面102正对设置。从而使得相邻板片的第一隔离段211和第一凹槽201分别压接将相邻板片之间的空间分为两个空间，流体在压接的第一隔离段211和第一凹槽201的引导下从第二隔离段212凹陷的位置流入另一空间。

同理相邻板片的第二隔离段212和第二凹槽202分别压接将相邻板片之间的空间分为两个空间，流体在压接的第一隔离段211和第一凹槽201的引导下从第二隔离段212凹陷的位置流入另一空间。

因第一隔离段211和第二隔离段212分别向板片的两侧凹陷，这样就能在板片两侧分别隔离出两种不同流体的加长流体通道。从而实现在一定长度的条件下，不增加板片的数量也能保证板式换热器的换热量。

本发明的板式换热器的板片可使得换热器在苛刻的长度限制下仍具有较大的流体流速与换热系数。

比如，换热器的长度为H，通过一次折流，换热器从流动换热的角度来看实际具有2H的有效长度，对应的流速是现有技术（非折流的）的2倍。根据换热定律，换热系数k将增加到2ⁿ倍（n=0.6~1.0）。根据换热公式Q=k*S*dT，其中Q为换热量，S为换热面积，dT为两种流体的平均温差，在dT与Q不变的情况下，当k增加到2ⁿ倍时，总换热面积S将减少1-1/2ⁿ, 当n =0.8 时，总换热面积S减少幅度达40%。即：为实现相同换热量，在其他参数相同的情况下，使用本发明的板片，换热器的长度L相对使用现有技术板片的换热器可以减少约40%。

每个板片上隔离段的数量可根据实际情况具体设置，本发明的实施例中板片上设有一个隔离段，板片被划分为2个区域。本发明的接下来的描述中只以一个隔离段的板片为例讲述，设有多个隔离段的板片可依据本发明实施例推导得出也在本发明的保护范围内，在此不再赘述。

具体的，第一凹槽201和第二凹槽202相邻且平滑过渡。且第一凹槽201和第二凹槽202相对板平面的凹陷深度大致相同，这样就能很好地保证换热器的板间距离大致相等。

其中，隔离段的长度为L，第一隔离段211的长度为L1，第二隔离段的长度为L2。因第一隔离段211和第二隔离段212与隔离段的长度比例关系决定了流体折流时的路径宽度，因此第一隔离段211和第二隔离段212与隔离段的长度比例关系决定了流体的流动阻力和流动速度。如果第一隔离段211和第二隔离段212与隔离段的长度比例过大，就会导致会热面积不能很好地利用，折流带来的技术效果就会大打折扣。如果第一隔离段211和第二隔离段212与隔离段的长度比例过小，就会导致流体折流时的流动阻力过大。为兼顾换热效率和流动阻力，需保证L、L1和L2三个参数满足以下比例范围：1/6≤L1/L≤1/3，且1/6≤L2/L≤1/3。

为保证流体经折流后再流出换热器，板片上的角孔挡圈需特别设置。角孔挡圈既可以是在板片上冲压形成的凸台，也可以是固定密封安装在角孔周围的圆环件。挡圈相对板平面的高度等于第一凹槽201或第二凹槽202相对板平面的高度。

如图2至图8所示，在第一隔离段211的两侧和第二隔离段212的两侧分别设置有两个角孔。在第一隔离段211两侧的两个角孔上挡圈向第二隔离段212凹陷的方向凹陷，在第二隔离段212两侧的两个角孔上挡圈想第一隔离段211凹陷的方向凹陷。

这样一来，同一流体的进口和出口就可以设置在换热器的同一端，极大的简化了换热器与其他设备的连接管路。

板片被隔离段分割成成两个区域，每个区域都包括位于其中心部分的换热区域，即两个角孔之间的区域为换热区域。换热区域上可根据需要压制各种表面图案以适当增加流体流动阻力保证流体在换热区域停留一定时间以实现最大化的热量交换。表面图案相对板平面的高度需小于第一凹槽201和第二凹槽202相对板平面的高度。表面图案的具体形状不限，既可以是是示例所示的人字形波纹，也可以是凹坑形状，具体可根据实际情况设计。

如图4至图7所示为本发明的板式换热器的板片堆叠而成板式换热器的板组件的示意图。板式换热器的板组件包括至少2个层叠设置的板片。本实施例所给出的板组件实施例包括三个依次层叠设置的板片：第一板片1、第二板片2和第三板片3。

如图8所示的板式换热器由若干片冲压成型的板片堆叠、固定而成，板片四周的固定方式可以是钎焊、或螺栓固定、或激光焊等，相邻两板片封闭成一个流体换热通道。图中所示的单线箭头和双线箭头表示两种不同的流体在板式换热器中的的流动路线。实际使用的时候，两种流体的进出口既可以是同在换热器的一端，也可分布在换热器的两端。

如图5至图7所示，第二板片2的第一板平面101与第三板片3的第一板平面101正对设置，两个板片的第一凹槽201压紧接触，且两个板片的第一隔离段211也压紧接触，两个板片的第二隔离段212两侧的角孔挡圈压紧接触。第二板片2的第二板平面102与第一板片1的第一板平面101正对设置，两个板片的第二凹槽202压紧接触，且两个板片的第二隔离段212也压紧接触，两个板片的第一隔离段211两侧的角孔挡圈压紧接触。

第二板片2和第一板片1之间形成第一流体通道，两个板片相对设置的第二隔离段212之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。第二板片2和第三版片3之间形成第二流体通道，两个板片相对设置的第一隔离段211之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。第一流体和第二流体通过第二板片热传导实现换热。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种板式换热器的板片，所述板片包括位于板片正反两面的两个板平面：第一板平面（101）和第二板平面（102），其特征在于，包括将板片分隔成至少2个区域的隔离段，所述隔离段包括第一隔离段（211）、第二隔离段（212）和第三隔离段，所述第三隔离段包括两段长度相同的、相邻并排设置且分别相对所述板片向相反的方向凹陷的凹槽：第一凹槽（201）和第二凹槽（202），所述第一隔离段（211）和第三隔离段分别位于所述第二隔离段（212）的两端；所述第一隔离段（211）为所述第一凹槽（201）在所述板片上的延伸段，所述第二隔离段（212）为所述第二凹槽（202）在所述板片上的延伸段；

在板片的第一板平面（101），第一隔离段（211）和第一凹槽（201）凹陷，第二隔离段（212）和第二凹槽（202）凸起，在板片的第二板平面（102），第一隔离段（211）和第一凹槽（201）凸起，第二隔离段（212）和第二凹槽（202）凹陷。

2.根据权利要求1所述的板式换热器的板片，其特征在于，所述隔离段的长度为L，所述第一隔离段（211）的长度为L1，所述第二隔离段（212）的长度为L2，其中1/6≤L1/L≤1/3，且1/6≤L2/L≤1/3。

3.根据权利要求1或2所述的板式换热器的板片，其特征在于，所述第一凹槽（201）和第二凹槽（202）相邻且平滑过渡，所述第一凹槽（201）、第一隔离段（211）、第二凹槽（202）和第二隔离段（212）相对所述板平面的高度大致相等。

4.根据权利要求3所述的板式换热器的板片，其特征在于，所述第一凹槽（201）和第二凹槽（202）将所述板片分割成两个区域，所述两个区域分别设有两个角孔，每个区域的两个角孔的挡圈分别设置在所述板片的两侧，所述挡圈相对所述板片的高度与所述第一凹槽（201）、第一隔离段（211）、第二凹槽（202）和第二隔离段（212）相对所述板片的高度大致相等。

5.根据权利要求4所述的板式换热器的板片，其特征在于，在所述第一隔离段（211）的两侧和第二隔离段（212）的两侧分别设置有两个角孔，在第一隔离段（211）两侧的两个角孔上挡圈向第二隔离段（212）凹陷的方向凹陷，在第二隔离段（212）两侧的两个角孔上挡圈想第一隔离段（211）凹陷的方向凹陷。

6.根据权利要求5所述的板式换热器的板片，其特征在于，所述板片被隔离段分割成成两个区域，每个区域都包括位于其中心部分的换热区域，即两个角孔之间的区域为换热区域，换热区域上设有凹凸不平的表面图案，所述表面图案为：波纹图案或凹坑形状，所述表面图案相对板平面的高度需小于第一凹槽（201）和第二凹槽（202）相对板平面的高度。

7.一种板式换热器，其特征在于，包括板组件，所述板组件包括至少2个层叠设置的板片，相邻两板片封闭成一个流体换热通道，所述板片为权利要求1-6任一项所述的板片。

8.根据权利要求7所述的板式换热器，其特征在于，所述板组件包括三个依次层叠设置的板片：第一板片（1）、第二板片（2）和第三板片（3）；

所述第二板片（2）的第一板平面（101）与第三板片（3）的第一板平面（101）正对设置，所述第二板片（2）的第二板平面（102）与第一板片（1）的第一板平面（101）对应设置。

9.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述第二板片（2）和第一板片（1）的第一凹槽（201）压紧接触，且两个板片的第一隔离段（211）也压紧接触，两个板片的第二隔离段（212）两侧的角孔挡圈压紧接触，两个板片之间形成第一流体通道，两个板片相对设置的第二隔离段（212）之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。

10.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述第二板片（2）和第三版片（3）的第二凹槽（202）压紧接触，且两个板片的第二隔离段（212）也压紧接触，两个板片的第一隔离段（211）两侧的角孔挡圈压紧接触，两个板片之间形成第二流体通道，两个板片相对设置的第一隔离段（211）之间的空间连通隔离段两侧的板间流体通道。

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