一种新型石墨波纹换热板换热器的制作方法

本发明涉及一种换热器，具体涉及一种新型石墨波纹换热板换热器。

背景技术：

现有的石墨换热器中的换热板截面(如图3所示)，一般采用在石墨板片上铣槽(物料流通通道)的形式，换热板物料流通通道槽顶和槽底的壁厚各不相等，其中槽底的壁厚最薄，槽顶的壁厚最大。由此可知，换热板上厚度不相同的地方的热阻也不相同。壁厚薄的地方热阻小传热效率高，壁厚大的地方热阻大传热效率低。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种新型石墨波纹换热板换热器，板片的厚度相等，换热效率优于圆块孔石墨换热块和普通石墨换热板，板片花纹可以根据需要加工成不同形式。

技术方案：本发明所述的一种新型石墨波纹换热板换热器，包括第一盖板、第一封头、密封垫、石墨换热板、第二封头、第二盖板和紧固件，所述第一盖板与第二盖板对称设置，所述第一盖板与第二盖板之间层叠安装有多层石墨换热板，两端部的石墨换热板与端部盖板之间分别设有第一封头、第二封头，各层石墨换热板之间通过密封垫进行分隔，多层石墨换热板通过紧固件贯穿固定；

所述的石墨换热板包括框架，所述框架内设有换热区和布液区，所述换热区内设有若干交错叠加的石墨散热板片，所述的石墨散热板片采用两侧表面具有波纹的结构形式，所述石墨散热板片的截面采用厚度相等的波浪结构形式，所述的框架四角分别设有通孔，各层通孔形成通道，各通道分别与换热器端部的进口和出口连通。

进一步的，所述换热器端部的进口和出口包括冷侧进口、冷侧出口、热侧进口和热侧出口。

进一步的，所述换热器端部的进口和出口安装在同一侧或不同侧。

进一步的，所述波纹采用呈一定角度的字形结构。

进一步的，所述波纹的角度α为60°、90°或者120°。

进一步的，所述波纹的字形采用“人”字形、“w”字形或者“s”字形。

进一步的，所述波纹采用槽体结构形式。

进一步的，所述波纹的宽度l为10-20mm。

进一步的，所述波浪结构的厚度为4-6mm。

进一步的，所述通孔包括冷侧进口孔、冷侧出口孔、热侧进口孔和热侧出口孔。

有益效果：本发明的有益效果如下：

1、新型石墨换热板板片各部位的厚度相等，板片花纹可以根据需要加工成不同形式，主要有人字型、w型和s型。在安装时板片花纹交错安装，当板片有轻微变形时波纹顶部的接触点互相支撑，采用这种结构能够抵御一定的压力冲击，防止板片在不正常冲击下变形损坏；

2、流体沿着板间曲折狭窄，犹如迷宫的通道流动，形成复杂的曲折流。物料的流动方向和流速不断改变，在较低的流速下形成了强烈的湍流效果，从而破坏边界层，减少界面液膜热阻，有效地强化了传热效果。同时不断变化的流速和流向也让物料中的颗粒物始终处在悬浮状态，不易沉积和堵结；

3、传热系数高：流体沿着板间做复杂的曲折流，物料的流动方向和流速不断改变，在较低的流速下形成了强烈的湍流效果，从而破坏边界层，减少界面液膜热阻，有效地强化了传热效果。换热板壁厚均匀，换热效率优于圆块孔石墨换热块和普通石墨换热板。其传热系数是块孔式石墨设备的4-6倍，是列管式石墨设备的5-8倍；

4、温差小：因石墨本身具有较高的传热系数和流体在石墨换热板之间强烈的湍流效果，可使石墨板式换热器的一、二次流体的温度十分接近，理想状态下一、二次流体的温差趋近与1-5℃；

5、热损失小：相较于块孔式石墨换热器和列管式石墨换热器，石墨板式换热器仅有板片边缘暴露在空气中，因此热损失极小。

附图说明

图1为本发明的换热板结构示意图；

图2为图1的a-a截面剖视图；

图3为现有换热板截面示意图；

图4为本发明一个实施例的换热器结构示意图；

图5为图4的侧视图；

图6为图4的俯视图；

图7为本发明另一个实施例的换热器结构示意图；

图8为图7的侧视图；

图9为图7的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

实施例1

如图4到图6所示，一种单流程的石墨波纹换热板换热器，包括第一盖板1、第一封头2、密封垫3、石墨换热板4、第二封头5、第二盖板6和紧固件7，所述第一盖板1与第二盖板6对称设置，所述第一盖板1与第二盖板6之间层叠安装有多层石墨换热板4，两端部的石墨换热板4与端部盖板之间分别设有第一封头2、第二封头5，各层石墨换热板4之间通过密封垫3进行分隔，多层石墨换热板4通过紧固件7贯穿固定。

本实施例中，如图1和图2所示，所述的石墨换热板4包括框架41，所述框架41内设有换热区42和布液区43，所述换热区42内设有若干交错叠加的石墨散热板片，所述的石墨散热板片采用两侧表面具有波纹的结构形式，所述石墨散热板片的截面采用厚度相等的波浪结构形式，所述的框架41四角分别设有通孔，通孔包括冷侧进口孔、冷侧出口孔、热侧进口孔和热侧出口孔。各层通孔形成通道，各通道分别与换热器端部的进口和出口连通，换热器端部的进口和出口包括冷侧进口9、冷侧出口10、热侧进口8和热侧出口11。本实施例中，冷侧进口9、冷侧出口10、热侧进口8和热侧出口11均设置在换热器的其中一个端部，这种单流程的换热器适用于同一侧进出口安装使用。

作为上述实施例的进一步优化：

优选地，所述波纹采用呈一定角度的字形结构，其中所述波纹的角度α为60°、90°或者120°。

优选地，新型石墨换热板用先进的工艺方法，在石墨板片上形成规则的波纹状流道，波纹状流道可以根据需要加工成不同形式所述波纹的字形采用“人”字形、“w”字形或者“s”字形或者其他具有夹具的字形结构均可。

优选地，所述波纹采用槽体结构形式。

优选地，所述波纹的宽度l为10-20mm，具体的实际宽度可以根据物料确定合适的宽度。

优选地，所述波浪结构的厚度为4-6mm，从新型石墨换热板的波纹横截面上看，换热板各个部位的横截面厚度大致相等，此厚度优于圆块孔石墨换热块的异向孔间距，圆块孔石墨换热块的异向孔一般为互相垂直，有一定间距的圆孔，孔边缘最近距离约4-7mm。

实施例2

如图7到图9所示，一种多流程的石墨波纹换热板换热器，包括第一盖板1、第一封头2、密封垫3、石墨换热板4、第二封头5、第二盖板6、紧固件7和折流板12，所述第一盖板1与第二盖板6对称设置，所述第一盖板1与第二盖板6之间层叠安装有多层石墨换热板4，两端部的石墨换热板4与端部盖板之间分别设有第一封头2、第二封头5，各层石墨换热板4之间通过密封垫3进行分隔，多层石墨换热板4的中部设有折流板12用于折流，多层石墨换热板4通过紧固件7贯穿固定。

本实施例中，如图1和图2所示，所述的石墨换热板4包括框架41，所述框架41内设有换热区42和布液区43，所述换热区42内设有若干交错叠加的石墨散热板片，所述的石墨散热板片采用两侧表面具有波纹的结构形式，所述石墨散热板片的截面采用厚度相等的波浪结构形式，所述的框架41四角分别设有通孔，通孔包括冷侧进口孔、冷侧出口孔、热侧进口孔和热侧出口孔。各层通孔形成通道，各通道分别与换热器端部的进口和出口连通，换热器端部的进口和出口包括冷侧进口9、冷侧出口10、热侧进口8和热侧出口11。本实施例中，冷侧进口9、冷侧出口10、热侧进口8和热侧出口11设置在换热器的不同侧，其中热侧进口8和冷侧进口9设置在一个端部，冷侧出口10和热侧出口11设置在另外一端部(不同侧)，然后中间通过折流板12进行折流，这种多流程的换热器适用于不同侧进出口安装使用。

作为上述实施例的进一步优化：

优选地，所述波纹采用呈一定角度的字形结构，其中所述波纹的角度α为60°、90°或者120°。

优选地，新型石墨换热板用先进的工艺方法，在石墨板片上形成规则的波纹状流道，波纹状流道可以根据需要加工成不同形式所述波纹的字形采用“人”字形、“w”字形或者“s”字形或者其他具有夹具的字形结构均可。

优选地，所述波纹采用槽体结构形式。

优选地，所述波纹的宽度l为10-20mm，具体的实际宽度可以根据物料确定合适的宽度。优选地，所述波浪结构的厚度为4-6mm，从新型石墨换热板的波纹横截面上看，换热板各个部位的横截面厚度大致相等，此厚度优于圆块孔石墨换热块的异向孔间距，圆块孔石墨换热块的异向孔一般为互相垂直，有一定间距的圆孔，孔边缘最近距离约4-7mm。

本发明的换热器使用的是一种新型石墨换热板，主要应用于石墨板式换热器，为石墨板式换热器的核心部件。本新型石墨换热板优化了原有石墨换热板的结构和造型，新型石墨换热板与旧石墨换热板相比较能明显提高换热板的换热效率。

换热器在工作时，冷、热流体分别在换热板两侧，在温度差的作用下发生热传导。热量传递有三个过程：一是热流体向换热板的对流传热，二是通过石墨板的热传导，三是石墨板向冷流体的对流传热。根据博里叶定律：在稳定传热情况下，单位时间内的导热量q与导热面积f及温度梯度成正比，即：

式中q—导热速率，j/h；

f—导热面积，㎡；

λ—导热系数，w/(m·k)；

—温度梯度，℃/m，以温度升高的方向为正。

将换热板的热传递过程简化为导热方向垂直于换热板壁面的单层平壁传热过程。对于单层平壁传热时的导热速率，可将式1进行变量分离积分，即可得：

可改写成

式中q—导热速率，j/h；

f—导热面积，㎡；

λ—导热系数，w/(m·k)；

δ—壁厚，m；

δt—δt＝(tw-tw)，为传热比的两个壁面的温度差，℃。

式2中即表示了单层壁热传导中的热阻。可见石墨换热板在材质不变(均匀)的情况下壁厚越薄热阻越小，壁厚越大热阻越大。同一片石墨换热板厚度越小，石墨换热板的换热效果越好。

石墨材料属于脆性材料，不能像金属之类的塑形材料一样通过模具压制成型。旧石墨换热板(如图3)一般采用在石墨板片上铣槽(物料流通通道)的形式，换热板物料流通通道槽顶和槽底的壁厚各不相等，其中槽底的壁厚最薄，槽顶的壁厚最大。由式2可知，换热板上厚度不相同的地方的热阻也不相同。壁厚薄的地方热阻小传热效率高，壁厚大的地方热阻大传热效率低。

新型石墨换热板(如图1和2)采用先进的工艺方法，在石墨板片上形成规则的波纹状流道，波纹状流道可以根据需要加工成不同形式，主要有人字型、w型和s型。从新型石墨换热板的波纹横截面上看，换热板各个部位的横截面厚度大致相等，厚度控制在5mm左右，此厚度优于圆块孔石墨换热块的异向孔间距。得益于较小的壁厚和各处厚度较均匀的特点，从式2可知：新型石墨换热板各部位的热阻均匀且热阻数值相对较低(相较于圆块孔石墨换热块和普通石墨换热板)，具有比较理想的传热效果。

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，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，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。