一种板式换热器的制作方法

1.本实用新型涉及换热器技术领域，尤其涉及一种板式换热器。


背景技术：

2.板式换热器因其具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小等特点而被广泛应用。板式换热器由一系列具有一定波纹形状的换热板片堆叠而成，并在各层换热板片之间形成供冷流体和热流体流通的流体通道，冷热流体通过换热板片进行热量交换。
3.板式换热器的每一层换热板片对应位置设有两个通孔，多个换热板片堆叠起来后，形成了板式换热器的两个进口通道。热流体和冷流体分别通入不同的进口通道后，从进口通道进入各层换热板片之间的流体通道内。然而，由于进口通道的入口段流体的速度方向与换热板片垂直，使进口通道内的热流体或冷流体进入到每层流体通道内的流量不一致，引起严重的流动不均匀性，从而影响板式换热器的换热性能。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种板式换热器，用以解决现有的板式换热器中，从进口通道进入每层流体通道内的流体流量不一致，而影响板式换热器的换热性能的问题。
5.本实用新型实施例提供一种板式换热器，包括螺旋结构件和堆叠设置的多层换热板片，所述换热板片设有通孔，多层所述换热板片的通孔连通形成进口通道，所述换热板片之间的流体通道的入口与所述进口通道连通，所述螺旋结构件设置于所述进口通道内。
6.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件的螺距从所述进口通道的入口端到相对端逐渐减小。
7.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件的螺旋半径从所述进口通道的入口端到相对端逐渐减小。
8.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件向靠近所述流体通道的入口的一侧偏心。
9.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件的螺旋偏心距从所述进口通道的入口端到相对端逐渐减小。
10.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件为一体成型式结构。
11.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件与所述进口通道的侧壁固定连接。
12.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，还包括中心柱，所述螺旋结构件安装于所述中心柱。
13.根据本实用新型一个实施例的板式换热器，所述螺旋结构件包括导流板，多个所述导流板螺旋盘绕于所述中心柱。
14.本实用新型实施例提供的板式换热器，通过在进口通道内设置螺旋结构件，将进口通道内流体的垂直流动转换为螺旋流动，使流体的流动速度方向与换热板片的夹角减
小，并产生离心力。在离心力作用下进入各层流体通道中，减小了流体进入流体通道的进口阻力，改善了进入到每层流体通道的流体流量不均匀的问题，提高了板式换热器的换热性能。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是现有技术中板式换热器的结构示意图；
17.图2是现有技术中的板式换热器内的冷热流体流动示意图；
18.图3是本实用新型实施例中安装有螺旋结构件的板式换热器内的流体流动示意图；
19.图4是本实用新型实施例中未安装螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性；
20.图5是本实用新型实施例中安装有等螺距螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性；
21.图6是本实用新型实施例中变螺距螺旋结构件的结构示意图；
22.图7是本实用新型实施例中安装有梯度螺距螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性；
23.图8是本实用新型实施例中变螺旋半径螺旋结构件的结构示意图；
24.图9是本实用新型实施例中的偏心螺旋结构件示意图。
25.附图标记：
26.1、换热板片；11、第一通孔；12、第二通孔；13、冷流体进口通道；14、热流体进口通道；2、螺旋结构件。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定。术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.下面结合图1
‑
图9描述本实用新型实施例的板式换热器。
31.如图1所示为现有技术中板式换热器的结构示意图，其中箭头所指的两个流动路线分别为热流体和冷流体的流动路线。如图2所示为现有技术中的板式换热器内的冷热流体流动示意图。流体在进口通道内呈直线且垂直于换热板的方向流动，在靠近进口通道入口端的区域，由于流体流动阻力较大，流速较小，使进入这一区域的流体通道内的流体量较少，而大部分流体都通向进口通道的相对端，使得流体不能够均匀流向各层换热板片1之间的流体通道内，则相应的靠近进口通道入口端的换热板的换热量较少，沿流体流动方向上的各层换热板的换热量不均匀，影响了板式换热器的换热性能。
32.针对以上问题，本实用新型实施例提供一种板式换热器，该板式换热器包括螺旋结构件2和堆叠设置的多层换热板片1，换热板片1设有通孔，多层换热板片2的通孔连通而形成进口通道，多层换热板片1之间的流体通道的入口与进口通道连通，螺旋结构件设置于进口通道内。其中，螺旋结构件2的长度方向与进口通道的长度方向相同，将螺旋结构件2置于进口通道内，使流体在进口通道内呈螺旋流动。
33.其中，如图1和图2所示，通孔包括第一通孔11和第二通孔12，进口通道包括冷流体进口通道13和热流体进口通道14。多个第一通孔11连通而形成冷流体进口通道13，冷流体在冷流体进口通道13内沿图1中向右和向上的箭头所指方向流动，冷流体的流体通道与冷流体进口通道13连通；多个第二通孔12连通而形成热流体进口通道14，热流体在热流体进口通道14内沿图1中向左和向下的箭头所指方向流动，热流体的流体通道入口与热流体进口通道14连通。冷流体进口通道13和热流体进口通道14内分别设置有螺旋结构件2。如图3所示为本实用新型实施例中安装有螺旋结构件的板式换热器内的流体流动示意图。
34.本实用新型实施例提供的板式换热器，通过在进口通道内设置螺旋结构件，将进口通道内流体的垂直流动转换为螺旋流动，使流体的流动速度方向与换热板片的夹角减小，并产生离心力。冷热流体在离心力作用下进入对应各层的流体通道中，减小了流体进入流体通道的进口阻力，改善了进入到每层流体通道的流体流量不均匀的问题，提高了板式换热器的换热性能。当螺旋结构件的螺旋密度足够大时，可使流体以近似于与换热板片平行的方向进入流体通道中。
35.本实用新型实施例对含有16层流体通道的板式换热器实验样件进行模拟试验对比。由于每层流体通道的入口截面积一定，则可通过进口通道内流速的分配表示进口流量的分配。如图4所示为本实用新型实施例中未安装螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性。流体垂直于换热板进入进口通道内并沿进口通道流动，由于进口阻力的影响，靠近进口通道入口端的几层流体通道的流体流量较少，而沿流体在进口通道方向进入各层流体通道的流体流量逐渐增多，且较大部分流体直接贯通到进口通道的相对端。
36.进口通道内未安装螺旋结构件2时，从进口通道入口端第1层到相对端第16层，进入各层流体通道的进口流量呈现非常高的不均匀性。从入口端第1层到第7层的流体通道的进口流量低于平均值15％，从第12层到相对端第16层的流体通道的进口流量高于平均值15％，且整体呈上升的趋势。因此，本实用新型一个实施例中，螺旋结构件2的一端位于进口通道的入口端，另一端位于进口通道的相对端。
37.本实用新型一个实施例中，螺旋结构件2为等螺距螺旋结构。如图5所示为本实用新型实施例中安装有等螺距螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性。可见，在进口通道内安装等螺距的螺旋结构件后，从进口通道的入口端到相对端，各层流体通道内的流体流量不均匀性得到明显改善。
38.根据伯努利定理可知，对于不可以压缩流体，流体在螺旋流道内流动时，在通道的任意截面都存在以下定理：
39.ρ1v1a1＝ρ2v2a240.其中，ρ1和ρ2分别为螺旋流道的两个不同位置的流体的密度，v1和v2分别为螺旋流道的两个不同位置的流体的流速，a1和a2分别为螺旋流道的两个不同位置的横截面积。
41.本实施例中的热流体和冷流体在板式换热器内处于流动过程中，其密度变化可以忽略不计，即ρ1＝ρ2，视为不可压缩流体，且螺旋流道横截面积会随螺距的增大而增大，则可推知，通过改变螺旋结构件的螺距，可以改变螺旋流道内的流体的流速，且螺距越大，流体的流速越小。
42.又根据离心力作用公式：其中，r为螺旋流道内流体旋转运动的半径，m螺旋流道内流体的流量，v为螺旋流道内流体的流速。可以看出，在螺旋结构件的螺旋半径一定时，螺旋流道内流体的旋转运动半径也一定，则当流体流速减小时，其所受到的离心力也相应减小，从而使得进入流体通道内的流量降低。
43.从图5中可以看出，在等螺距螺旋结构件作用下，进口通道靠近入口端的流体流速明显增大，靠近相对端的流体流速明显减小，且靠近入口端和相对端的流体流速均高于平均值，而中间区域的流体流速低于平均值。因此，为了进一步改善进入各层流体通道内的流体流量的均匀性。本技术实施例基于上述原理，通过调节螺旋结构件2的螺间距来调节进入各层流体通道的流体流量。如图6所示为本实用新型实施例中变螺距螺旋结构件的结构示意图。本实用新型实施例中，螺旋结构件2的螺距从进口通道的入口端到相对端逐渐减小。由于进口通道的相对端是封闭的，通过减小靠近进口通道相对端的螺旋结构件的螺距，可以增加螺旋流道后段的流动阻力，迫使流体更多的进入中间区域的流体通道。同时减小螺旋结构件的螺距，还可以弥补流量减小带来的流速降低的不利影响，使得进入所有流体通道的流速趋于均匀。例如，螺旋结构件2的螺距沿进口通道的流体流通方向呈由大到小的梯度变化。当然，螺旋结构件2从进口通道入口端到相对端的螺距可均匀连续的从大变小，也可以间断的从大变小，具体可根据实际进口通道内的流体动力学特性调整，本实用新型实施例不做具体限定。
44.如图7所示为本实用新型实施例中安装有梯度螺距螺旋结构件时各层流体通道的进口流量分配特性。比较图5和图7可见，安装有梯度螺距螺旋结构件的板式换热器相比于安装有等螺距螺旋结构件的板式换热器，各层流体通道内的流体流量均匀性得到进一步提高,相比于没有安装螺旋结构件的板式换热器，各层流体通道内的流体流量均匀性提高了80％。
45.根据上述伯努利定理和离心力公式可知，当螺距一定时，即螺旋流道的横截面积一定时，可以保证流体的流速一致，则螺旋半径越大流体受到的离心力越小。因此，本实用新型实施例中，通过调节螺旋结构件的螺旋半径来调节螺旋流道内流体的离心力，从而调
节进入流体通道内的流体流量。
46.具体的，螺旋结构件2的螺旋半径从进口通道的入口端到相对端逐渐减小。通过减小螺旋半径，增大靠近进口通道入口端的流体的离心力，从而增大进入靠近进口通道的入口端的流体通道的流体流量，使沿整个进口通道长度方向上各层流体通道内的流体量趋于均匀。
47.如图8所示为本实用新型实施例中变螺旋半径螺旋结构件的结构示意图。当然，也可以在变螺距的情况下，结合变螺旋半径来综合调节进入各层流体通道的流体流量。螺旋结构件2从进口通道入口端到相对端的螺旋半径可均匀连续的从大变小，也可以间断的从大变小，具体可根据实际进口通道内的流体动力学特性调整，本实用新型实施例不做具体限定。
48.上述实施例中，通过调节螺旋结构件2的螺距和螺旋半径调节进入每一层流体通道的流体流量，起到对各层流体通道分流的作用，使流体均匀的进入各层流体通道，从而提高板式换热器的换热性能。
49.进一步的，考虑到流体通道入口位于进口通道的一侧，本实用新型实施例中，螺旋结构件2向靠近流体通道的入口的一侧偏心。通过偏心螺旋结构件使流体向流体通道入口的一侧偏移，可减小流体在进口通道内的流体通道入口处速度方向与流体通道入口内速度方向的夹角，减小流体的速度损失，从而减小流体的压降，有利于流体进入流体通道内。
50.进一步的，还可以通过调节沿螺旋结构件长度方向上的螺旋偏心距来调节进口通道不同位置的流体速度方向。具体的，螺旋结构件2的螺旋偏心距从进口通道的入口端到相对端逐渐减小。如图9所示为本实用新型实施例中的偏心螺旋结构件示意图。需要说明的是，螺旋结构件2从进口通道入口端到相对端的偏心距可均匀连续的从大变小，也可以间断的从大变小，具体可根据实际进口通道内的流体动力学特性调整，本实用新型实施例不做具体限定。
51.本实用新型实施例中，螺旋结构件2可以为一体成型式结构，如螺旋片。螺旋结构件2可与进口通道的侧壁固定连接，如螺旋结构件2外侧边缘的部分或全部与进口通道侧壁固定连接；螺旋结构件2也可活动放置于进口通道内，以方便其拆卸。其中，进口通道的外形可适应螺旋结构件2的外形而设置，即螺旋结构件2整个外侧边缘与进口通道11的侧壁相接触或连接，形成螺旋结构件2与进口通道11的融合设计，这样可以在进口通道内形成完全的螺旋流道。从而进一步提高印刷电路板换热器中各层换热板片1之间的流体通道内流体流量的均匀性，减小压降。
52.本实用新型实施例提供的板式换热器还包括中心柱，螺旋结构件2安装于中心柱。中心柱可方便螺旋结构件2的安装和拆卸时的拿取操作。还可以在板式换热器的两侧端板上设置用于定位中心柱的定位部，如与中心柱端部配合的定位槽。安装时，先通过中心柱将螺旋结构件2安装于进口通道，同时将中心柱的一端与进口通道相对端的端板装配定位，再将中心柱的另一端与进口通道入口端的端板装配定位，从而实现螺旋结构件2的定位安装。其中，当螺旋结构件2为变半径螺旋结构时，为保证螺旋结构件2在半径小的位置具有足够的流道空间，半径小的螺旋段处，中心柱的直径可适当调小。螺旋结构件2与中心柱一体成型或焊接固定或者可拆卸连接。
53.其中，螺旋结构件2可以为一体成型的螺旋片，也可为包括多个导流板的结构，多
个导流板螺旋盘绕于中心柱，以便于螺旋结构件的加工生产。导流板与中心柱可通过焊接固定；也可以可拆卸连接，如通过卡扣连接，这样可通过调节导流板沿中心柱轴线方向的排布密度来调节螺距，或者通过调节导流板的尺寸来调节螺旋的半径，或者通过更换导流板的形状来调节螺旋的偏心距。
54.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。