一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法

本发明涉及板式换热器，尤其是涉及一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法。

背景技术：

1、由于板式换热器传热系数高、结构紧凑占地面积小、对数平均温差大、末端温差小且易改变换热面积或流程组合以及易于拆卸。因此板式换热器经常在一些对空间和换热量有特定限制的领域应用。

2、现有的板式换热器大多采用直板形式进行换热，参照图1和图2，现有的板式换热器换热板片包括进口/出口、密封口、密封槽、泄露槽、导流区、悬挂槽以及换热区。冷热流体经过进口/出口进入由悬挂槽固定的板片与板片之间的流道，随后流过导流区以及换热区。密封槽用于固定密封垫，密封垫与泄露槽都是为了防止冷热流体泄露。传统板式换热器的波纹状都是在直板单侧换热区域上加工而来。因此该结构具有以下缺点：

3、1、当流体流量较小时，容易出现通道内流体分布不均匀的情况，从而导致热流体与冷流体之间热量交换不够彻底，大大降低了换热器的热量交换效率。

4、2、由于直板上换热区加工的凸起使得在流道间易于结垢，同时形成的紊流使得换热边界层厚度增加，进而降低板式换热器的换热效率。

5、3、由于直板换热器板片间在换热区流道简单且笔直，使得流体在流道换热时间减少，同时容易在流道间形成至滞留层阻碍换热，从而使得板式换热器的换热效率降低。

6、4、在使用时，传统的换热器存在换热面积不够、单位时间冷热流体热交换的能量有限，工作效率较低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法，可以增大板片间的涡流扰动、减薄传热边界层，引起流体分子横纵双重振动，可以有效延长冷热流体的换热时间，大幅提高换热效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，包括换热器本体，其内侧设有换热板片，所述换热器本体上设置有冷流体入口管道、热流体入口管道以及相对应的冷流体出口管道和热流体出口管道；所述换热板片设为双侧波纹板片，其上下两端部为直板结构，中部为双侧波纹状结构；所述冷流体入口管道和热流体入口管道上均设有脉动装置，所述换热器本体的侧面安装有固定板，所述固定板上安装有超声波发生装置。

3、优选的，所述换热器本体包括前夹板、后夹板和上导杆，所述上导杆的两端分别安装在所述前夹板和后夹板的顶部。

4、优选的，所述前夹板和后夹板的左右两侧均设有安装孔，所述固定板通过所述安装孔固定在所述前夹板和后夹板之间。

5、优选的，所述换热板片的左右两侧安装有连接在所述前夹板和后夹板上的紧固螺栓。

6、优选的，所述换热板片的顶部安装在所述上导杆上，所述换热板片共有四种，分别为第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板，所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板顶部直板结构相对应设置，所述第四换热板靠近所述前夹板安装在最前端，所述第三换热板靠近所述后夹板安装在最后端，前后排列的所述第一换热板和第二换热板为一组并在中部安装有若干组。

7、优选的，所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板中部的波纹状结构的波长以及起伏度均相同，所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板上下两端的直板结构处均设置有导流区。

8、优选的，相邻的所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板之间均设置有垫片。

9、优选的，所述固定板的内侧等距设有螺纹孔，所述超声波发生装置安装在所述螺纹孔上。

10、优选的，所述超声波发生装置的内侧设置有限位凸台。

11、优选的，该换热器的控制方法包括以下步骤：

12、当冷流体和热流体分别流至冷流体入口管道和热流体入口管道处的脉动装置位置时，脉动装置以频率4.7、振动分率2.4的规律脉动，规律脉动使得流体分子在换热板片之间产生纵向振动，并强化流体在波浪处的涡流强量增强换热，同时使得换热板片在纵向方向上不易结垢；

13、当冷流体和热流体流至超声波发生装置位置时，超声波发生装置产生40khz频率的超声波，超声波使得流体分子在换热板片之间产生横向振动，并破坏流体的边界层和滞留层；

14、当冷流体和热流体流至换热板片中部的波状位置时，流体随着板型流动形成涡流，同时在超声场和脉动场的双场协同作用下引起流体分子横纵双重振动来提高换热效率。

15、因此，本发明采用上述一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法的有益效果为：

16、(1)本申请实施例采用波浪状板片，打破了传统板式换热器单侧波纹的模式，流体流过波浪处形成涡流同时波浪形流道的阻力远远小于传统板式换热器单侧波纹形成流道的阻力。

17、(2)本申请实施例中的脉动装置固定在冷热流体的入口管道中，当流体流入时，脉动装置发出规律脉动，使流体分子纵向振动，强化流体涡流强量同时延长流体流动时间，强化换热。

18、(3)本申请实施例中的超声波发生装置的发射端面与换热器板片的侧面平齐，固定在固定板上。由此，当流体在流道中流动时，超声波发生装置能够使得流体分子产生横向振动，破坏流体边界层和滞留层，从而增加换热效率。

19、(4)流体不仅能在波浪板的波浪处形成涡流，增强扰动减薄边界层厚度，同时在脉动和超声的双场协同作用下，引起流体分子横纵双重振动强化换热。

20、(5)本申请实施例减少了了传统板式换热器板片阻力大、易结垢等导致的换热不良问题。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：包括换热器本体，其内侧设有换热板片，所述换热器本体上设置有冷流体入口管道、热流体入口管道以及相对应的冷流体出口管道和热流体出口管道；所述换热板片设为双侧波纹板片，其上下两端部为直板结构，中部为双侧波纹状结构；所述冷流体入口管道和热流体入口管道上均设有脉动装置，所述换热器本体的侧面安装有固定板，所述固定板上安装有超声波发生装置。

2.根据权利要求1所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述换热器本体包括前夹板、后夹板和上导杆，所述上导杆的两端分别安装在所述前夹板和后夹板的顶部。

3.根据权利要求2所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述前夹板和后夹板的左右两侧均设有安装孔，所述固定板通过所述安装孔固定在所述前夹板和后夹板之间。

4.根据权利要求2所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述换热板片的左右两侧安装有连接在所述前夹板和后夹板上的紧固螺栓。

5.根据权利要求2所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述换热板片的顶部安装在所述上导杆上，所述换热板片共有四种，分别为第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板，所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板顶部直板结构相对应设置，所述第四换热板靠近所述前夹板安装在最前端，所述第三换热板靠近所述后夹板安装在最后端，前后排列的所述第一换热板和第二换热板为一组并在中部安装有若干组。

6.根据权利要求5所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板中部的波纹状结构的波长以及起伏度均相同，所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板上下两端的直板结构处均设置有导流区。

7.根据权利要求6所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：相邻的所述第一换热板、第二换热板、第三换热板和第四换热板之间均设置有垫片。

8.根据权利要求1所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述固定板的内侧等距设有螺纹孔，所述超声波发生装置安装在所述螺纹孔上。

9.根据权利要求1所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：所述超声波发生装置的内侧设置有限位凸台。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器，其特征在于：该换热器的控制方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法，该换热器包括换热器本体，包括换热器本体，其内侧设有换热板片，换热器本体上设置有冷流体入口管道、热流体入口管道以及相对应的冷流体出口管道和热流体出口管道；换热板片设为双侧波纹板片，其上下两端部为直板结构，中部为双侧波纹状结构；冷流体入口管道和热流体入口管道上均设有脉动装置，换热器本体的侧面安装有固定板，固定板上安装有超声波发生装置。本发明采用上述的一种超声和脉动协同作用的波状板式换热器及其控制方法，增大了板片间的涡流扰动、减薄了传热边界层，还引起流体分子横纵双重振动，可以有效延长冷热流体的换热时间，大幅提高换热效率。

技术研发人员：史程,程腾飞,郭子毅,袁宇晨
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22