气气换热器及其换热方法与流程

本发明实施例涉及换热技术领域，特别是涉及一种气气换热器及其换热方法。

背景技术：

在气气换热器领域，传统圆管式换热器具有结构坚固、操作弹性大和使用广泛的优点，目前在换热器领域占有重要的地位。但传统圆管式换热器在换热效率、设备结构的紧凑性和金属消耗量等方面都有显著不足，在气气换热领域显得尤为突出。

所以，开发一种传热效率高、设备紧凑性优的新型气气换热器具有重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种气气换热器，主要解决的技术问题是现有换热器换热效率不足。

为达到上述目的，本发明实施例主要提供如下技术方案：

本发明的实施例提供一种气气换热器，包括：

壳体，其内部具有换热空间；

板管，设置于所述换热空间内，包括相互导通的第一端口以及第二端口；

第一换热介质入口，设置于所述壳体，连通所述板管的第一端口；

第一换热介质出口，设置于所述壳体，连通所述板管的第二端口，在所述板管内形成由所述第一换热介质入口通向所述第一换热介质出口的第一换热通路；

第二换热介质入口，设置于所述壳体，连通所述换热空间；

第二换热介质出口，设置于所述壳体，连通所述换热空间，在所述换热空间内形成由所述第二换热介质入口通向所述第二换热介质出口的第二换热通路；

至少一个流向分配板，设置于所述换热空间内，分割所述第二换热通路为至少两个分段通路，所述流向分配板上开设有连通所述至少两个分段通路的气流分配孔。

本发明实施例的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

可选的，前述的气气换热器，其中所述流向分配板分别与所述壳体内壁和所述板管外壁支撑。

可选的，前述的气气换热器，其中所述板管穿过所述气流分配孔，所述气流分配孔与所述板管之间具有通气间隙。

可选的，前述的气气换热器，其中所述气流分配孔的内壁具有与所述板管外壁支撑的至少两个支撑部。

可选的，前述的气气换热器，其中所述第一换热介质入口设置于所述壳体的第一端，所述板管的入口端向所述壳体的第一端延伸；

所述第一换热介质出口设置于所述壳体的第二端，所述板管的出口端向所述壳体的第二端延伸；

所述壳体包括位于所述板管截面的长度方向两侧的第一壳壁以及第二壳壁，所述第二换热介质入口、所述第二换热介质出口设置于所述壳体的第一壳壁和/或所述壳体的第二壳壁。

可选的，前述的气气换热器，其中所述第二换热介质入口位于所述壳体的第一位置，所述第二换热介质出口位于所述壳体的第二位置，所述第一位置较所述第二位置远离所述壳体的第一端。

可选的，前述的气气换热器，其中所述板管为并排设置的多个，每个流向分配板开设的气流分配孔为多个，多个板管一一的穿过每个流向分配板多个气流分配孔；

至少一个入口导流板，设置于所述换热空间，与所述第二换热介质入口相对；和/或，至少一个出口导流板，设置于所述换热空间，与所述第二换热介质出口相对。

可选的，前述的气气换热器，其中入口导流板为多个，每个入口导流板包括：在所述板管截面的长度方向上延伸的第一板，多个入口导流板的第一板在所述板管延伸方向上分布，对所述第二换热介质入口的流体分流至不同的板管外周。

可选的，前述的气气换热器，其中每个入口导流板包括：在所述板管延伸方向上延伸的第二板，多个入口导流板的第二板在所述板管截面的长度方向上分布。

可选的，前述的气气换热器，其中出口导流板为多个，每个出口导流板包括：在所述板管延伸方向上延伸的第三板，多个入口导流板的第三板在所述板管截面的长度方向上分布，对不同的板管外周的流体导流至所述第二换热介质出口。

可选的，前述的气气换热器，其中每个出口导流板包括：在所述板管截面的长度方向上延伸的第四板，多个出口导流板的第四板在所述板管延伸方向上分布。

可选的，前述的气气换热器，其中还包括：

第一管板以及第二管板；

所述板管为并排设置的多个，所述第一管板、所述第二管板上分别设置有多个管连接口；所述第一管板设置于所述壳体内；所述第二管板设置于所述壳体内，在所述壳体内，于所述第一管板、所述第二管板之间形成所述换热空间；多个板管的第一端口与所述第一管板的多个管连接口一一对应地密封连接；多个板管的第二端口与所述第二管板的多个管连接口一一对应地密封连接。

可选的，前述的气气换热器，其中所述板管截面的长度与宽度的比值大于等于5。

借由上述技术方案，本发明技术方案提供的气气换热器至少具有下列优点：

本发明实施例提供技术方案中，在换热中，向第一换热介质入口通入第一换热介质，第一换热介质进入第一换热通路，向第二换热介质入口通入第二换热介质，第二换热介质进入第二换热通路，其中，第二换热通路至少两个分段通路的流向受分配孔的位置限定，从而可降低第二换热通路内第二换热介质产生的偏流、涡流现象，提高第一换热通路和第二换热通路的换热，使得换热器的换热效率较高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本发明的实施例提供的一种气气换热器的内部结构示意图；

图2是图1a-a的第一种剖视示意图；

图3是本发明的实施例提供的第一种气气换热器的流向分配板的结构示意图；

图4是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第一种板管的截面结构示意图；

图5是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第二种板管的截面结构示意图；

图6是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第三种板管的截面结构示意图；

图7是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第四种板管的截面结构示意图；

图8是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第一种入口导流板结构示意图；

图9是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第二种入口导流板结构示意图；

图10是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第一种出口导流板结构示意图；

图11是本发明的实施例提供的一种气气换热器的第二种出口导流板结构示意图；

图12是图1a-a的第二种剖视示意图；

图13是本发明的实施例提供的第二种气气换热器的流向分配板的结构示意图；

图14是图1a-a的第三种剖视示意图；

图15是本发明的实施例提供的第三种气气换热器的流向分配板的结构示意图；

图16是图1a-a的第四种剖视示意图；

图17是本发明的实施例提供的第四种气气换热器的流向分配板的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明实施例目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明实施例提出的气气换热器其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

图1至图3为本发明提供的气气换热器一实施例，第一换热介质流向图1中用双虚线箭头表示，第二换热介质流向图1中用实线箭头表示。请参阅图1至图3，本发明的一个实施例提出的气气换热器，包括：壳体10、第一换热介质入口20、第一换热介质出口30、板管40、第二换热介质入口50、第二换热介质出口60以及至少1个流向分配板70。

壳体10内部具有换热空间；板管40的截面呈非圆形，板管40设置于所述换热空间内，板管40包括相互导通的第一端口以及第二端口；第一换热介质入口20设置于所述壳体10，第一换热介质入口20连通所述板管40的第一端口；第一换热介质出口30设置于所述壳体10，第一换热介质出口30连通所述板管40的第二端口，在所述板管40内形成由所述第一换热介质入口20通向所述第一换热介质出口30的第一换热通路；第二换热介质入口50设置于所述壳体10，第二换热介质入口50连通所述换热空间；第二换热介质出口60设置于所述壳体10，第二换热介质出口60连通所述换热空间，在所述换热空间内形成由所述第二换热介质入口50通向所述第二换热介质出口60的第二换热通路；至少一个流向分配板70设置于所述换热空间内，至少1个流向分配板70分割所述第二换热通路为至少两个分段通路，所述流向分配板70上开设有连通所述至少两个分段通路b的气流分配孔701。

在换热中，向第一换热介质入口通入第一换热介质，第一换热介质进入第一换热通路，向第二换热介质入口通入第二换热介质，第二换热介质进入第二换热通路，其中，第二换热通路至少两个分段通路的流向受分配孔的位置限定，从而可降低第二换热通路内第二换热介质产生的偏流、涡流现象，使第二换热通路内的第二换热介质均匀的流过板管，提高第一换热通路和第二换热通路的换热，使得换热器的换热效率较高。

其中，所述壳体10包括第一端以及第二端，所述第一换热介质入口20设置于所述壳体10的第一端，所述板管40的入口端向所述壳体10的第一端延伸；所述第一换热介质出口30设置于所述壳体10的第二端，所述板管40的出口端向所述壳体10的第二端延伸；所述壳体10包括位于所述板管截面的长度方向两侧的第一壳壁以及第二壳壁，所述第二换热介质入口、所述第二换热介质出口设置于所述壳体的第一壳壁和/或所述壳体的第二壳壁。即，在一些实施例中，所述第二换热介质入口、所述第二换热介质出口可同时设置于第一壳壁，或是，所述第二换热介质入口、所述第二换热介质出口可同时设置于第二壳壁。

在另一些实施例中，所述第二换热介质入口50设置于第一壳壁，所述第二换热介质出口60设置于第二壳壁。所述第二换热介质入口位于所述壳体的第一位置，所述第二换热介质出口位于所述壳体的第二位置，所述第一位置较所述第二位置远离所述壳体的第一端。第二换热介质在壳体内部先在板管截面的长度方向流入壳体，之后在所述板管延伸方向上流动，第二换热介质在壳体板管延伸方向上流动的方向与第一换热介质在板管内流动的方向相反，实现高效逆流换热，最后在壳体板管截面的长度方向流出壳体。

板管的截面呈扁平状，如图4所示，板管的截面呈扁平的长条状，长度l与宽度w的比值l/w大于等于5，由传热学理论可知板管传热性能随截面长宽比l/w比值的增加而增加，长宽比越大，传热效率越高。第二换热介质入口方向、第二换热介质出口方向可沿着板管的截面的长度方向布置。

长条状的截面，其具体实施中，截面可以为平面对称的图形，具体的，可以为椭圆形、直条形、长圆形、矩形、哑铃状、曲线条形、多边形等，如上、下边呈波浪形且相互为镜像关系构成的截面。或，为沿中心轴线延伸的板管，该板管的垂直于所述横截面的长度方向的剖面，呈波浪起伏的形状。在第一个实施例中，如图4所示，长条状截面的长度l方向的两外端面呈圆弧面，长条状截面的长度l方向的中段的两相对外端面呈平面。如图5所示，长条状截面的长度l方向的两外端面呈平面，长条状截面的长度l方向的中段的两相对外端面呈平面，长条状截面的4个边角呈弧形倒角面。在第二个实施例中，长条状截面的长度l方向的两外端面呈圆弧面，长条状截面的长度l方向的中段的两相对外端面呈同向弯曲的曲面。在第三个实施例中，长条状截面的长度l方向的两外端面呈圆弧面，长条状截面的长度l方向的中段的两相对外端面呈对向弯曲的曲面。对向弯曲的曲面的弯曲方式，如图6所示，在截面的长度l方向可依次凸凹凸弯曲变化，或是，如图7所示，在截面的长度l方向可依次凹凸凹弯曲变化等。

板管的数量不局限于1个，例如，如图2和图3所示，所述板管40为并排设置的多个，每个流向分配板70开设的气流分配孔701为多个，多个板管40一一的穿过每个流向分配板70多个气流分配孔701。为了便于安装，在具体的实施当中，如图1所示，换热器还包括：第一管板101以及第二管板102，所述第一管板101、所述第二管板102上分别设置有多个管连接口(图中未示出)；所述第一管板101设置于所述壳体10内；所述第二管板102设置于所述壳体10内，在所述壳体10内，于所述第一管板101、所述第二管板102之间形成所述换热空间；多个板管的第一端口与所述第一管板101的多个管连接口一一对应地密封连接；多个板管的第二端口与所述第二管板102的多个管连接口一一对应地密封连接。管连接口的尺寸可以与板管截面的尺寸匹配，便于实现板管的第一端口与所述第一管板的管连接口密封连接，板管的第二端口与所述第二管板的管连接口密封连接。

其中，第二换热介质在板管截面的长度方向流入壳体后，向壳体内板管延伸方向上转向流动过程，容易出现偏流等现象，难以实现在转向流向过程中与多个板管的均匀换热，进一步的，还包括：至少一个入口导流板80，设置于所述换热空间，与所述第二换热介质入口50相对。实施中，如图8所示，入口导流板包括：在板管截面的长度方向上延伸的第一板801，入口导流板呈一字板状，第一板801可与第二换热介质入口的进口流向平行，第一板801的第一端延伸向第二换热介质入口，第一板801的第二端延伸至板管，第一板801开设有用于贯穿板管的贯穿孔，第一板801可引导第二换热介质流向板管进行换热。当入口导流板为多个，每个入口导流板包括：在所述板管截面的长度方向上延伸的第一板，多个入口导流板的第一板在所述板管延伸方向上分布，对所述第二换热介质入口的流体分流至不同的板管外周，多个入口导流板的第一板第一端延伸向第二换热介质入口，多个入口导流板的第一板的第二端延伸至不同的板管。进一步的，如图1和图9所示，每个入口导流板80包括：在所述壳体的板管延伸方向上延伸的第二板802，多个入口导流板的第二板802在壳体的板管截面的长度方向上分布，第二板802与第一板801构成一体构件，入口导流板呈倒“l”形板状，第二板802可与第一板801可垂直，从而将第二换热介质由第二换热介质入口均匀引向板管所在空间区域，有效消除了第二换热介质入口涡流区和降低了第二换热介质偏流程度并对流场进行整流，使两种换热介质在第二换热介质入口板管区域逆流化程度提高，换热效率提高。多个入口导流板80呈阶梯状设置，实现气流转向的引导。多个进口导流板可设置于第二换热通路第二换热介质流动方向第一个流向分配板前方。第一板、第二板的宽度不做限定，容易理解的是，其宽度窄到一定程度即可构成杆件。

其中，第二换热介质在壳体板管延伸方向流动后，向壳体板管截面的长度方向上转向流动过程，容易出现偏流等现象，难以实现在转向流向过程中与多个板管的均匀换热，进一步的，如图1所示，还包括：至少一个出口导流板90，设置于所述换热空间，与所述第二换热介质出口60相对。实施中，如图10所示，出口导流板包括：在所述壳体的板管延伸方向上延伸的第三板901，出口导流板呈一字板状，第三板901可与板管延伸方向平行，第三板901可在壳体的板管截面的长度方向上第二换热介质出口面向的位置，第三板901的板面与第二换热介质出口相对。当出口导流板为多个，每个出口导流板包括：在所述壳体的板管延伸方向上延伸的第三板，多个入口导流板的第三板在壳体的板管截面的长度方向上分布，对不同的板管外周的流体导流至所述第二换热介质出口，多个入口导流板的第三板在壳体的板管延伸方向延伸至第二换热介质出口面向的不同位置。进一步的，如图1和图11所示，每个出口导流板包括：在所述壳体的板管截面的长度方向上延伸的第四板902，第四板902开设有用于贯穿板管的贯穿孔，多个出口导流板的第四板902在壳体的板管延伸方向上分布，第四板902可与第三板901构成一体构件，出口导流板呈“l”形板状，四板902可与第三板901可垂直，从而将第二换热介质由板管区域均匀引向第二换热介质出口，有效消除了第二换热介质出口涡流区和降低了第二换热介质偏流程度并对流场进行整流，使两种换热介质在第二换热介质出口板管区域逆流化程度提高，换热效率提高。多个出口导流板90呈阶梯状设置，实现气流转向的引导。多个出口导流板可设置于第二换热通路第二换热介质流动方向最后一个流向分配板后方。第三板、第四板的宽度不做限定，容易理解的是，其宽度窄到一定程度即可构成杆件。

流向分配板可以支撑于壳体内壁，或是，流向分配板可以支撑于板管外壁。实施中，板管的长度较长，换热介质的流速较快时，较长的板管容易发生震动。为此，所述流向分配板可分别与所述壳体内壁和所述板管外壁支撑，使得流向分配板可实现对板管的加固，提高换热器运行的稳定性。

气流分配孔位于流向分配板的位置、大小、形状、数量，每个流向分配板气流分配孔的数量不局限1个，具体根据换热空间内气体的具体情况进行设计。例如，在一些实施例中，所述板管穿过所述气流分配孔，所述气流分配孔与所述板管之间具有通气间隙。第二换热介质经通气间隙贯穿两个分段通路，第二换热介质经通气间隙过程中，均匀分配，并能够与板管内第一介质产生高效的逆流换热，提高换热器的换热效率。

在实现流向分配板和板管外壁支撑的方式，可以采用气流分配孔实现，在气流分配孔的内壁具有与所述板管外壁支撑的至少两个支撑部，至少两个支撑部夹持板管外壁。在一些实施例中，至少两个支撑部包括支撑板管的截面长度方向两端的第一支撑端以及第二支撑端。

例如，如图12和图13所示，第一支撑端以及第二支撑端均为凹陷于气流分配孔的内壁外侧的卡槽701a，具体的，多个气流分配孔701分别独立设置，气流分配孔701的宽度大于板管40的宽度，通气间隙形成于气流分配孔701孔壁与板管40之间的空隙。

或是，如图14和图15所示，多个气流分配孔中的至少部分气流分配孔连通形成联合气流分配孔702，通气间隙可形成于联合气流分配孔702内相邻的两个板管40外壁之间的空隙。

当然，第一支撑端以及第二支撑端也可为凸起于气流分配孔的内壁的第一凸块。

进一步的，至少两个支撑部还可包括支撑板管的截面宽度方向两端的第三支撑端以及第四支撑端。

例如，如图3所示，第三支撑端以及第四支撑端可为凸起于气流分配孔的内壁的第二凸块701b。具体的，第一支撑端以及第二支撑端也可为凸起于气流分配孔的内壁的第一凸块701c。或者，如图16和图17所示，第三支撑端以及第四支撑端可为凸起于气流分配孔的内壁的第二凸块701b，第一支撑端以及第二支撑端均为凹陷于气流分配孔701的内壁外侧的卡槽701a。

如图1所示，流向分配板70可为至少2个，至少2个流向分配板70可在壳体板管截面的长度或宽度上分布。流向分配板70的数量越多，可使调节的流向分配越稳定。

本发明提供的实施例，至少具备如下优点：

1、传热效率高。

a.板管为截面长度与宽度的比值不小于5，截面为扁平截面，由传热学理论可知板管传热性能随截面长宽比l/w比值的增加而增加，长宽比越大，传热效率越高；

b.流向分配板与板管外壁之间构成沿板管轴线方向的通气间隙，且第一换热介质入口至第一换热介质出口的流向与第二换热介质入口至第二换热介质出口的流向逆向布置，从而形成第一换热介质和第一换热介质逆流换热流程，提高有效传热温差，增强了换热效果；

c.第二换热介质入口区域设置的入口导流板和第二换热介质出口区域设置的出口导流板，有效消除了上述两个区域内涡流区和降低了介质偏流程度，并对流场进行整流，使两种换热介质逆流化程度提高，增强该区域的换热面积和传热效果。

2、结构紧凑。

板管的截面长度与宽度的比值l/w越大，在壳体尺寸相同时，板管布置密度大，传热面积大，加其传热效率高，故在传热量相同时，结构更紧凑。

3、消除了交错流换热多管程时需要的介质转向弯头箱，加工制造简便。

本发明的上述实施例的气气换热器的换热方法，包括：向所述第一换热介质入口通入第一换热介质，向所述第二换热介质入口通入第二换热介质，使板管内第一换热通路的第一换热介质与板管外第二换热通路的第二换热介质逆流换热。

换热后的第一换热介质经第一换热介质出口逆向换热流出，换热后的第二换热介质经第二换热介质出口逆向换热流出。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的装置解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的装置中的部件进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个装置中。可以把实施例中的部件组合成一个部件，以及此外可以把它们分成多个子部件。除了这样的特征中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何装置的所有部件进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以它们的组合实现。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或组件。位于部件或组件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件或组件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的装置来实现。在列举了若干部件的权利要求中，这些部件中的若干个可以是通过同一个部件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。