一种换热板、热交换器及热交换系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种换热板、热交换器及热交换系统，换热板包括金属板和设置在金属板上的多个支撑块，所述支撑块为长条状，所述长条状的外围形状为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成翼型封闭图形。本实用新型的换热板，对支撑块为长条状，且外围形状进行优化设计，设计为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成的翼型封闭图形。该结构的支撑块为低阻力结构，在很好地支撑换热板时，流体在流道内流动时不会出现涡流，从而消除气流尾迹涡，进而避免该尾迹涡引起的换热效率降低的问题。该换热板组成热交换器、热交换系统，可提升热交换器、热交换系统的换热效率。
【专利说明】一种换热板、热交换器及热交换系统
【【技术领域】】
[0001]本实用新型涉及热交换领域，特别是涉及一种换热板、热交换器及热交换系统。【【背景技术】】
[0002]现有的换热板的结构示意图如图1所示，图2a和图2b分别为换热板的侧视图和主视图。从图1和图2a、2b可知,换热板包括金属板2和设置在金属板上的多个圆台状支撑块I。当换热板组成换热器时，多个换热板层叠在一起，由支撑块支撑住换热板。图3示意出了换热板层叠在一起组成换热器时的工作原理不意图。图3中，5个换热板层叠在一起，内部系统需要散热的高温气体从上部导入到换热板层叠后形成的通道S2和S4中，外部的低温气体从下部导入到换热板层叠后形成的通道SI和S3中，高温气体与相邻通道中的低温气体进行热交换。如以图中箭头00’所示的方向为视线方向，则高温气体热交换后从换热板的左下部分流回内部系统中，低温气体从换热板的右上部分流出到外部环境中，从而高温气体的热量由低温气体带出到环境中进行散热。
[0003]然而，现有的热交换器中气体在通道内流动时，高速流动的气体受到的阻力偏大，同时气体在通道内流动时容易在支撑块和支撑块之间形成涡，涡会导致此处流体的速度降低，该处换热面积不能充分使用，降低总体换热效率。即现有的热交换器中，通道内阻力较大，且换热器的换热效率较低。【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是:弥补上述现有技术的不足，提出一种换热板、热交换器及热交换系统，换热板组成的热交换器的内部通道阻力较小，且换热效率较高。
[0005]本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决:
[0006]一种换热板，包括金属板和设置在金属板上的多个支撑块，所述支撑块为长条状，所述长条状的外围形状为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成翼型封闭图形。
[0007]一种热交换器，包括叠置在一起的多个换热板；所述换热板为上述换热片；相邻两个换热板组成一个换热子单元；所述换热子单元中，第一换热板的金属板的背面与第二换热板的支撑块接触，且所述第一换热板上的支撑块与所述第二换热板上的支撑块相对倒置。
[0008]一种热交换系统，包括热交换器，高温气体导风装置和低温气体导风装置；所述热交换器为上述热交换器；所述高温气体导风装置和所述低温气体导风装置分别设置在所述热交换器的上下两端，将高温气体和低温气体分别导入到多个换热子单元中的第一换热板的支撑块所在的通道和第二换热板的支撑块所在的通道内。
[0009]本实用新型与现有技术对比的有益效果是:
[0010]本实用新型的换热板，对支撑块为长条状，且外围形状进行优化设计，设计为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成的翼型封闭图形。该结构的支撑块为低阻力结构，在很好地支撑换热板时，流体在流道内流动时不会出现涡流，从而消除气流尾迹涡，进而避免该尾迹涡引起的换热效率降低的问题。该换热板组成热交换器，热交换系统，可提升热交换器，热交换系统的换热效率。
【【专利附图】
【附图说明】】
[0011]图1是现有技术中换热板的结构示意图；
[0012]图2a是现有技术中换热板的侧视图；
[0013]图2b是现有技术中换热板的主视图；
[0014]图3是现有技术中的换热板组成热交换器时的工作原理示意图；
[0015]图4是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的结构示意图；
[0016]图5是本实用新型【具体实施方式】一的热交换器侧视时的结构示意图；
[0017]图6本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块由弧线和直线构成翼型外围形状时的示意图；
[0018]图7是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块由椭圆形构成翼型外围形状时的不意图； [0019]图8是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块的翼型外围形状的第一种变换示意图；
[0020]图9是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块的翼型外围形状的第二种变换示意图；
[0021]图10是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块的翼型外围形状的第三种变换示意图；
[0022]图11是本实用新型【具体实施方式】一的换热板的支撑块的翼型外围形状的第四种变换示意图；
[0023]图12是本实用新型【具体实施方式】一的换热板在一种优选设置下的侧视图；
[0024]图13是本实用新型【具体实施方式】一的换热板在另一种优选设置下的主视图。
【【具体实施方式】】
[0025]下面结合【具体实施方式】并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
[0026]【具体实施方式】一
[0027]如图4所示，为本【具体实施方式】中换热板的结构示意图，换热板包括金属板2和设置在金属板上的多个支撑块3，支撑块为长条状，且长条状的外围形状为翼型形状，是由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线构成的封闭图形。该多个支撑块为铝箔或者树脂材质，通过冲压、焊接或者粘结设置在金属板2上。
[0028]如图5所示，为本【具体实施方式】中的热交换器侧视时的结构示意图，热交换器包括叠置在一起的多个换热板。多个换热板层叠在一起后由两端的封装金属板LI和L2固定在一起。其中，换热板为如上所述的换热板。相邻两个换热板组成一个换热子单元。述换热子单元中，第一换热板的金属板的背面与第二换热板的支撑块接触，且所述第一换热板上的支撑块与所述第二换热板上的支撑块相对倒置。具体地，图5中示意了其中6个换热板10、20、30、40、50和60，阴影位置示意了支撑块所在的位置。第一换热板10的金属板背面与第二换热板20的支撑块接触，第二换热板20的金属板的背面与第三换热板30的支撑块接触，以此类推，叠置在一起。优选地，按照图5中所示，第一换热板上的支撑块与第二换热板上的支撑块交错排列设置。这样，相对于相邻两个支撑块不交错设置的情形，热交换工作时的效率较高。
[0029]工作时，与高温气体导风装置和低温气体导风装置一起构成热交换器。高温气体导风装置和所述低温气体导风装置分别设置在所述热交换器的上下两端，将高温气体和低温气体分别导入到多个换热子单元中的第一换热板的支撑块所在的通道和第二换热板的支撑块所在的通道内。具体地，如图5所示，以箭头00’所示的方向为视线方向，需要散热的系统设置在热交换器的左上端，系统内的高温气体从热交换器的上部导入，经高温气体导风装置(图中未示意出)分别导入到第二换热板20的支撑块所在的通道T2内，第四换热板40的支撑块所在的通道T4内，第六换热板60的支撑块所在的通道T6内。外界提供低温气体的系统设置在热交换器的右下端，外界的低温气体Q2从热交换器的下部导入，经低温气体导风装置(图中未示意出)分别导入到第一换热板10的支撑块所在的通道Tl内，第三换热板30的支撑块所在的通道T3内，第五换热板50的支撑块所在的通道T6内。进行热交换时，以通道T2内流入的高温气体为例进行说明，需要散热的系统内的高温气体Ql进入通道T2内后，经第二换热板20的支撑块的分流后，被引导流向通道的下方。高温气体Ql在流过通道T2的过程中与前后相邻的第一换热板10、第三换热板30的通道内流过的低温气体Q2进行热交换。热交换后，高温气体Ql从热交换器的左下端导出回到系统内，低温气体Q2则从热交换器的右上端导出回到外界的环境中。
[0030]本【具体实施方式】的热交换系统以及热交换器中，使用的换热板中的支撑块呈现长条状，外围形状进行优化设计，设计为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成的翼型封闭图形。这样，在上述热交换过程中，气体流过通道内时，支撑块头部弧线设计，与主体部分的弧线和/或直线形成翼型封闭图形，从而是低阻力结构。当换热板采用该结构的支撑块时，支撑块对于流体的阻力较小，流体在流道内流动时在支撑块和支撑块之间不会出现涡流，这样就提升了进入热交换器的流量，同时提高换热器换热面积的使用率，可以大幅提升热交换器的换热效率。而当相邻换热板上的支撑块交错设置时，相邻通道内的高温气体和低温气体可以更加充分地进行热交换，所以交错设置时可进一步提升热交换的效率。
[0031]对于上述优化设计的支撑块，优选地，长条状的支撑板沿长度方向的最长间距为5?60mm，沿宽度方向的最长间距为2?35mm。当按照上述参数设置长条状的支撑块时，根据仿真测试，使用该支撑块的换热板构成的热交换器比现有热交换器的通道阻力降低15%，换热性能提高20%。后续将设置实验进行仿真测试。
[0032]本【具体实施方式】的长条状的外围形状有如下优选地两种结构:
[0033]如图6所示，外围形状为由一段弧线CAD和两条直线CB，DB构成的封闭图形，所述弧线的两端分别与所述两条直线的一端相切连接，所述两条直线的另一端相交。按照优选参数进行设计时，即为头部弧线CAD的顶点A与两条直线相交的相交点B连成的线段的长度为5?60mm，弧线的左边相切点C与弧线的右边相切点D连成的线段的长度为2?35mm。
[0034]如图7所示，外围形状为两段弧线GEH、GH1构成的翼型封闭图形，两段弧线构成椭圆形。按照优选参数进行设计时，即为椭圆形的长轴EF为5?60mm,短轴GH为2?35mm。
[0035]当然，弧线和直线构成的翼型封闭图形还有多种形式。如图8?11所示，示例性示意了翼型外围形状的四种变换形式。
[0036]其中，图8中外围形状是由弧线、弧线和直线构成，由头部弧线CAD，主体部分弧线Cl、DJ，主体部分直线IB、JB形成的翼型封闭图形，头部弧线与主体弧线，主体弧线与主体直线均相切连接，直线IB和直线JB相交连接作为翼型外围形状的尾部。
[0037]图9和图10中外围形状均是由三条弧线构成，由头部弧线CAD，主体部分弧线CK、DK形成的翼型封闭图形，头部弧线与主体弧线相切连接，主体弧线和主体弧线相交连接作为翼型外围形状的尾部。
[0038]图11中外围形状是由四条弧线构成，由头部弧线CAD，主体部分弧线CM、CN，尾部部分弧线MN形成的翼型封闭图形，弧线与弧线均相切连接。
[0039]如上所述的6种支撑块的翼型外围形状，图6和图7的两种支撑块结构设计较为简单，制作成本较低，是优选的两种方式。
[0040]进一步优选地优化设计，长条状的支撑块的上表面相对于金属板所在的平面倾斜设置，倾斜角度为10°?50°，且所述支撑块的翼型封闭图形的头部一端高于尾部一端而形成倾斜。如图12所示，为换热板在该优选设置下的侧视图。图中，支撑块3的上表面相对于金属板2所在的平面倾斜设置，倾斜角度β在10°?50°之间，且以金属板2所在的平面为基准，支撑块3的翼型封闭图形的头部端Tl (对应图5?10中的点A、E所在的端部)高于翼型封闭图形的尾部端Τ2 (对应图5?10中的点B、F、K和弧线MN所在的端部)。这样倾斜设置后，换热板的通道中靠近金属板所在平面的通道区域比远离该平面的通道区域会形成强有力的底层扰流，从而增强流体在通道内的湍流度，使相邻通道的流体和流体之间的热交换更充分，进一步提升换热板构成的热交换器的换热效率。
[0041]更进一步优选地，金属板为长方形，其底端角部区域的多个(图中所示为2个)支撑块相对于其余支撑块倾斜设置，倾斜角度为5°?70°，倾斜方向为支撑块的头部弧线朝向金属板的内部方向倾斜。如图13所示，为换热板在该优选设置下的主视图。其中，金属板2上的大部分支撑块均竖直设置，仅左下角区域的2个支撑块301和302相对于其余支撑块倾斜设置，倾斜角度α在5°?70°之间，倾斜方向为支撑块301和302的头部弧线朝向金属板2的内部方向倾斜。如上热交换系统的工作过程分析，高温气体从换热板的左上端进入通道内，从左下端导出通道回到需要散热的系统内。这样，此处左下角倾斜设置的支撑块可以发挥出口倒流的作用，引导通道内的气体快速流出通道，加快单位时间内进行热交换的气体，从而进一步提高热交换器的热交换效率。需要说明的是，图13示意了金属板的左下角区域的支撑块朝向金属板内部倾斜设置的情形，但并不仅限于左下角，也可以是右下角，只要是长方形金属板的底端角部区域，且保证支撑块的头部弧线朝向金属板内部倾斜即可。无论在左右哪一角部区域，只要组装成热交换器后调整热交换器与气体进入的相对位置，倾斜设置的支撑块均可实现上述出口导流的作用，从而提升热交换效率。
[0042]如下，设置仿真实验验证本【具体实施方式】的换热板在优选的参数范围内时，该换热板构成的热交换器比现有热交换器的通道阻力降低15%，换热性能提高20%。
[0043]实验例1:换热板上的支撑块的外围形状如图6中所示，且长条状的支撑块沿长度方向的最长间距AB之间的距离为40mm，沿宽度方向的最长间距CD之间的距离为24mm。
[0044]实验例2:换热板上的支撑块的外围形状与实验例I相同，不同的是:沿长度方向的最长间距AB之间的距离为30mm，沿宽度方向的最长间距⑶之间的距离为18mm。[0045]实验例3:换热板上的支撑块的外围形状如图7中所示，且长条状的支撑块沿长度方向的最长间距EF之间的距离为15mm，沿宽度方向的最长间距GH之间的距离为10mm。
[0046]实验例4:换热板上的支撑块的外围形状与实验例3相同，不同的是:沿长度方向的最长间距EF之间的距离为8mm，沿宽度方向的最长间距GH之间的距离为6mm。
[0047]实验例5:换热板上的支撑块的外围形状如图6中所示，且长条状的支撑块沿长度方向的最长间距AB之间的距离为40mm，沿宽度方向的最长间距⑶之间的距离为24mm:，且支撑块的上表面相对金属板所在的平面倾斜设置，倾斜角度为17°。
[0048]实验例6:换热板上的支撑块的外围形状与实验例5中相同，不同的是:倾斜角度为 30。。
[0049]实验例7:换热板上的支撑块的外围形状与实验例5中相同，不同的是:倾斜角度为 45。。
[0050]实验例8:换热板上的支撑块的外围形状如图6中所示，且长条状的支撑块沿长度方向的最长间距AB之间的距离为40mm，沿宽度方向的最长间距⑶之间的距离为24mm:，且支撑块的上表面相对金属板所在的平面倾斜设置，倾斜角度为30° ;同时，左下角区域的2个支撑块相对于其余支撑块倾斜设置，倾斜角度为5°，倾斜方向为支撑块的头部弧线朝向所述金属板的内部方向倾斜。
[0051]实验例9:换热板上的支撑块的外围形状与实验例8中相同，不同的是:左下角区域的2个支撑块的倾斜角度为40°。
[0052]实验例10:换热板上的支撑块的外围形状与实验例8中相同，不同的是:左下角区域的2个支撑块的倾斜角度为70°。
[0053]比较例:换热板上的支撑块为现有的圆台状凸起，凸起顶端的圆形的直径为30mm,底部的圆形的直径为40mm。
[0054]在计算流体动力的CFD仿真软件中，模拟设置上述10个实验例以及I个比较例中的换热板，换热板上的支撑块的个数、排练位置均相同，不同的仅是上述支撑块的形状，仿真流体进入换热板的支撑块所在的通道时的情形，测试换热板中的性能数据如下表所示:
【权利要求】
1.一种换热板，包括金属板和设置在金属板上的多个支撑块，其特征在于:所述支撑块为长条状，所述长条状的外围形状为由头部的弧线和主体部分的弧线和/或直线组成翼型封闭图形。
2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述外围形状为由一段弧线和两条直线构成的翼型封闭图形，所述弧线的两端分别与所述两条直线的一端相切连接，所述两条直线的另一端相交。
3.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述外围形状为由两段弧线构成的翼型封闭图形，所述两段弧线构成椭圆形。
4.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述长条状沿长度方向的最长间距为5?60mm,沿宽度方向的最长间距为2?35mm。
5.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述支撑块的上表面相对于所述金属板所在的平面倾斜设置，倾斜角度为10°?50°，且所述支撑块的翼型封闭图形的头部一端高于尾部一端而形成倾斜。
6.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述金属板为长方形，底端角部区域的多个支撑块相对于其余支撑块倾斜设置，倾斜角度为5°?70°，倾斜方向为所述支撑块的头部弧线朝向所述金属板的内部方向倾斜。
7.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于:所述多个支撑块为铝箔或者树脂。
8.一种热交换器，包括叠置在一起的多个换热板；其特征在于:所述换热板为权利要求1-7任一所述换热板；相邻两个换热板组成一个换热子单元；所述换热子单元中，第一换热板的金属板的背面与第二换热板的支撑块接触，且所述第一换热板上的支撑块与所述第二换热板上的支撑块相对倒置。
9.根据权利要求8所述的热交换器，其特征在于:所述第一换热板上的支撑块与第二换热板上的支撑块交错排列设置。
10.一种热交换系统，包括热交换器，高温气体导风装置和低温气体导风装置；其特征在于:所述热交换器为权利要求8所述的热交换器；所述高温气体导风装置和所述低温气体导风装置分别设置在所述热交换器的上下两端，将高温气体和低温气体分别导入到多个换热子单元中的第一换热板的支撑块所在的通道和第二换热板的支撑块所在的通道内。
【文档编号】F28F3/04GK203758341SQ201420028662
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2014年1月16日
【发明者】林明钦, 罗晓平 申请人:深圳市丰瑞德机电技术有限公司