一种新型的波节板式强化换热方法与装置与流程

1.本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种新型的波节板式强化换热方法与装置。


背景技术：

2.板式换热器是由一系列金属薄片叠装而成的一种结构紧凑、传热系数很高的换热装置。板式换热器以它独特的优越性被广泛应用在机械、石油化工、核电及船舶等领域，完成加热、蒸发、余热回收、冷却及冷凝等工作过程中的热量交换。
3.传统的板式换热器应用于液体-液体换热器中，通过在人字形波纹板或水平平直波纹板流动换热，减小了设备空间体积和重量的同时，显著提高了换热效率。但目前换热板间流道的流道截面高度均为相等，其在换热流体流通过程中，换热流体的紊流能力差，换热效果不高。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种增大换热流体紊流能力，提升换热效果的新型的波节板式强化换热方法与装置。
5.实现本发明的技术方案如下
6.一种新型的波节板式强化换热的方法，基于形成在两个波节换热板片之间的流体流道，通过交替方式变换流体流道的流通截面积形成波节式流道，波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，能够在低水阻下有效提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
7.一种新型的波节板式强化换热装置，包括第一板体、第二板体，在第一板体、第二板体之间至少形成一个流体流道单元，流体流道单元至少包含一个形成依次连通的一个入口流道、中间流道、一个出口流道；
8.中间流道与入口流道或/和出口流道不在同一平面内，形成高低起伏波浪式的流通截面；
9.中间流道与入口流道或/和出口流道内的流道截面高度不等，形成截面积不等的流道，使经过流体单元的流体产生连续有规律的测压管水头突变。
10.本技术中，流体流道单元形成v形或u形或w形或s形或梯形的通道。
11.本技术中，在第一板体与第二板体之间形成多个流体流通单元时，多个流体流通单元之间依次形成连通，上一级流体流通单元中的出口流道，作为下一级流体流通单元中的入口流道。
12.本技术中，中间流道包括第一中间流道、第二中间流道，第一中间流道的一端与入口流道形成连通，第一中间流道的另一端与第二中间流道的一端形成连通，第二中间流道的另一端与出口流道形成连通；
13.第一中间流道与第二中间流道内的流道截面高度不同；
14.第一中间流道、第二中间流道形成夹角进行布置。
15.本技术中，在第一中间流道、第二中间流道之间设置有第三中间流道，第三中间流道的一端与第一中间流道形成连通，第三中间流道的另一端与第二中间流道形成连通；
16.第三中间流道与第一中间流道、第二中间流道内的流道截面高度不同；
17.第一中间流道、第二中间流道与第三中间流道分别形成夹角布置在第三中间流道的两侧。
18.本技术中，从入口流道、第一中间流道、第三中间流道、第二中间流道、出口流道形成流道截面高度不同的交替布置。
19.本技术中，入口流道的流道截面高度大于第一中间流道的流道截面高度，第一中间流道的流道截面高度小于第三中间流道的流道截面高度，第三中间流道的流道截面高度大于第二中间流道的流道截面高度，第二中间流道的流道截面高度小于出口流道的流道截面高度。
20.本技术中，入口流道、第三中间流道、出口流道所对应的板体内壁面采用拉丝处理。
21.本技术中，入口流道、出口流道、第三中间流道为水平方向布置，第三中间流道与入口流道、出口流道不在同一平面内，第一中间流道、第二中间流道朝向第三中间流道形成倾斜布置；
22.入口流道、第一中间流道、第三中间流道、第二中间流道、出口流道形成梯形布置。
23.本发明的有益效果：
24.基于形成在两个波节换热板片之间的流体流道，通过交替方式变换流体流道的流通截面积形成波节式流道，波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
25.相对于传统板式换热器通过流道的扰流提高流体雷诺数，从而实现高效换热。本发明通过改变流道的截面积，使流体测压管水头规律性突变，在低水阻(由于人字形波纹板或水平平直波纹板具有纹路，流体流动时水阻较大，而本技术中的板片内壁光滑，没有纹路，水阻相对来说较低)下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。与传统板式换热器通过流道纹路扰流提高流体雷诺数的方法相比，本发明强化传热的效果更好，强化换热的水阻更低。
附图说明
26.图1为本发明实施方式一的截面示意图；
27.图2为图1中示出的多个流体通道单元形成连通的截面示意图；
28.图3为本发明实施方式一的流体流通势图；
29.图4为本发明实施方式二的截面示意图；
30.图5为本发明实施方式三的截面示意图；
31.图6为本发明实施方式四的截面示意图；
32.图7为本发明实施方式五的截面示意图；
33.附图中，100、第一板体，101、第二板体，102、入口流道，103、中间流道，104、出口流道，105、第一中间流道，106、第二中间流道，107、第三中间流道。
具体实施方式
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施方式一
36.请参见图1所示，一种新型的波节板式强化换热装置，包括第一板体100、第二板体101，在第一板体100、第二板体101之间至少形成一个流体流道单元，流体流道单元至少包含形成依次连通的入口流道102、中间流道103、出口流道104；中间流道103与入口流道102或/和出口流道104不在同一平面内；即中间流道103所在平面与入口流道102所在平面或/和出口流道104所在平面，如图1中示出，入口流道102与出口流道104在同一平面，而中间流道103与入口流道102和出口流道104不在同一平面，当然入口流道102与出口流道104也可以设置成不在同一平面当中。中间流道103与入口流道102或/和出口流道104内的流道截面高度不等，即中间流道103的流道截面高度与入口流道102的流道截面高度或/和出口流道104的流道截面高度不相等，实现流道内的尺寸变化，这里所说的流道截面高度是指第一板体100内表面到第二板体101内表面之间的距离。通过不等截面高度流道的布置，实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
37.本技术实施例中，主要阐述流体流道单元形成梯形的通道，具体如下：中间流道103包括第一中间流道105、第二中间流道106，第一中间流道105的一端与入口流道102形成连通，第一中间流道105的另一端与第二中间流道106的一端形成连通，第二中间流道106的另一端与出口流道104形成连通；从入口流道102进入的换热流体，依次经过第一中间流道105、第二中间流道106、出口流道104。第一中间流道105与第二中间流道106内的流道截面高度不同，第一中间流道105、第二中间流道106形成夹角进行布置，以使换热流体在中间流道也产生相应的流体速度的突变。
38.而在进一步实施当中，在第一中间流道105、第二中间流道106之间设置有第三中间流道107，第三中间流道107的一端与第一中间流道105形成连通，第三中间流道107的另一端与第二中间流道106形成连通；第三中间流道107与第一中间流道105、第二中间流道106内的流道截面高度不同；从入口流道102进入的换热流体，依次经过第一中间流道105、第三中间流道107、第二中间流道106、出口流道104。
39.第一中间流道105、第二中间流道106与第三中间流道107分别形成夹角布置在第三中间流道107的两侧，改变换热流体的方向，进一步增加紊流。
40.从入口流道102、第一中间流道105、第三中间流道107、第二中间流道106、出口流道104形成流道截面高度不等的交替布置，以此来使进入流道的换热流体产生流速变化。交替布置的方式，具体如下：入口流道102的流道截面高度大于第一中间流道105的流道截面高度，第一中间流道105的流道截面高度小于第三中间流道107的流道截面高度，第三中间流道107的流道截面高度大于第二中间流道106的流道截面高度，第二中间流道106的流道截面高度小于出口流道104的流道截面高度。
41.入口流道102、第三中间流道107、出口流道104所对应的板体内壁面采用拉丝处
理，这几处流道为宽流道的设计，其内的换热流体流速小，影响传热能力，而通过拉丝处理，以增加换热流体与板体内壁的摩擦力，增大换热流体的扰动，以增强传热能力。
42.入口流道102、出口流道104、第三中间流道107为水平方向布置，第三中间流道107与入口流道102、出口流道104不在同一平面内，第一中间流道105、第二中间流道106朝向第三中间流道107形成倾斜布置；入口流道102、第一中间流道105、第三中间流道107、第二中间流道106、出口流道104形成梯形布置。通过整个流道的梯形截面设计，可以将部分重力转化为换热流体的动能，以减少了第一、二中间流道所对应板体所承受的重力，即减少此处应力。第一中间流道105、第二中间流道106所在平面之间形成的任意角度的夹角，只要第一、第二中间流道所在平面产生倾斜即可；本技术附图中示出的第一中间流道105、第二中间流道106所在平面之间形成的夹角为95
°
。由于梯形流道的布置，与弧形和角形相比，梯形结构的换热板在强度和抗变形能力相对更好，应力值会降低，刚度值会提高。
43.此种实施方式中，第一中间流道105、第二中间流道107称之为波，入口流道102、出口流道104、第三中间流道107称之为节，从而在板体之间形成波节式流道。
44.在实施中，各个流道内的流道截面高度可以如下参数，入口流道102的流道截面高度4mm、第一中间流道105的流道截面高度2.7mm、第三中间流道107的流道截面高度4mm、第二中间流道106的流道截面高度1.6mm、出口流道104的流道截面高度4mm，通过不等流道截面高度的布置，实现流体流速的突变，增大流体紊流度，增强传热效果。
45.请参见图2所示，在第一板体100与第二板体101之间形成多个流体流通单元时，多个流体流通单元之间依次形成连通，上一级流体流通单元中的出口流道104，作为下一级流体流通单元中的入口流道102。换热流体从进入上级流体连通单元中，依次进入下级流体流通单元中，实现换热流体的连续流通进行换热，在每级流体流通单元内的流道中，换热流体均可以实现流体紊流，增强传热效果。
46.请参见图3所示，基于形成在两个换热板片之间的流体流道，通过交替方式变换流体流道的流通截面积形成波节式流道，波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
47.实施方式二
48.请参见图4所示，本实施方式与实施方式一的区别在于，本实施当中示出的流体流道单元所构成的流道截面为v形，流体单元由入口流道102、v形的中间流道103、出口流道104构成，v形中间流道103的两个交汇流道的流道截面高度不相等，中间流道的流道截面高度与入口流道、出口流道的流道距离采用不等布置，以实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
49.实施方式三
50.请参见图5所示，本实施方式在实施方式二的基础上的进一步完成的，即中间流道采用多个实施方式二中的v形中间流道连续连通构成的w形，w形中间流道中的相邻交汇流道的流道间距形成不等布置，以实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
51.实施方式四
52.请参见图6所示，本实施方式为中间流道采用u形的设计，u形中间流道内的流道截
面高度采用不等设计，以实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变的过程。同样的中间流道可以采用多个u形流道形成首尾相连通构成，即相邻u形中间流道，一个u型口朝上布置，一个u型口朝下布置，以实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变，在低水阻下提高换热流体的雷诺数，增大换热流体紊流度，达到强化传热的效果。
53.实施方式五
54.请参见图7所示，本实施方式为中间流道采用横置的s形波浪状的设计，s形中间流道内的流道截面高度采用不等设计，以实现波节式流道内的流体测压管水头规律性突变。同样的中间流道可以采用多个s形流道形成首尾相连通构成。
55.本发明还根据上面实施方式一至五所获得的板式换热器，其包括壳体，在壳体内排列有若干上述新型的波节板式强化换热装置，相邻换热装置之间形成供两种不同换热介质流通的换热通道，一个换热通道中流通一种换热流体，与其相邻的换热流道当中流通另一种换热流体，通过换热装置内的换热流体通过不断的紊流，增加传热能力，从而能够更高效的使相邻换热流道当中的换热流体进行热交换。
56.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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发明各实施例技术方案的范围；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。