一种换热流体流量不同的板式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于换热器领域，尤其涉及一种板式换热器，属于F28D的换热器领域。
【背景技术】
[0002]一般情况下，板式换热器板片两侧冷、热流体通道的横截面积是相等的(图1a)。在此种情况下，如果两种流体的流量(指体积流量)相差不大，此时同一种流体的流道可以采取互相平行并联的方式，如图la，此时板式换热器两侧流体的换热系数相差不大，整个换热器换热系数很高，而且这样设置还可以使得两种流体的进出口都在一个端板5上，如图1b所示，有利于板式换热器的拆解检修和板片清洗。但是如果两种流量相差较大的流体进行换热时，如果两种流体都采取并联的流体通道，则会出现较小流量的流速太低，从而导致更低的换热系数。因此通常将低流量流体通道设置成串联的形式，如图2a所示，这样就无法将冷热流体的四个进出口全部设置在一个端板上，只能设置在两个端板5、6上，如图2b所示，在两个端板上都设置流体进出接口，在换热器跟管路处于连接状态时，板式换热器将拆卸困难，需要两端拆卸，造成检修不便。
【发明内容】
[0003]本发明仅用同一种板片改变密封结构来实现冷、热侧流体流通截面积不相等的需求，而且这些板片组装而成的板式换热器采用单侧接管的组装形式，可以节省很大的安装和维修费用。
[0004]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0005]一种板式换热器，所述板式换热器中参与换热的换热流体的流量不同，所述板式换热器中包括换热板片，其特征在于，在流量小的换热板片中设置至少一个分流部件，所述分流部件将流经换热板片的换热流体的流动路径分成至少两个分流流道，分流部件设置开口，使得所述的换热板片中的分程流道为串联结构，从而使流量小的换热流体在换热板片上形成S形流道。
[0006]作为优选，换热板片设置波纹，波纹的高度不同；同一板片上，沿着流体的流动路径，同一个分流通道内的波纹高度逐渐升高。
[0007]作为优选，分流部件的开口长度LI，分流部件的长度为L2，分流流道宽度W，则满足如下关系式:
[0008]Ll/L = a-b*Ln(Ll/W)-c*(Ll/W)；
[0009]其中L = L1+L2 ；
[0010]400<L<800mm, 80<Ll<140mm, 130<ff<150mm ；Ln 是对数函数
[0011]0.17〈L1/L〈0.22，0.5<L1/W<1.1
[0012]0.18〈a〈0.21，0.014〈b〈0.016，0.0035〈c〈0.004。
[0013]作为优选，沿着流体流动的方向，同一板片上不同的分流流道的宽度W不断的减少。
[0014]与现有技术相比较，本发明的板式换热器及其换热板片具有如下的优点:
[0015]I)本发明仅用同一种板片改变密封结构来实现冷、热侧流体流通截面积不相等的需求，而且这些板片组装而成的板式换热器采用单侧接管的组装形式，可以节省很大的安装和维修费用。
[0016]2)本发明在传统板片结构基础上设计了将板片换热区域分割成几部分的流程分割密封槽，以与相应形状的密封橡胶垫片配合，实现将整个板片的流通截面分割成几小部分，流体在一个板片通道内的流动长度由在分割前的一个流程变成分割后的多个流程，从而提高流速。方便板式换热器设计时，流量相差较大两种流体换热情况下换热面积和流通面积的匹配。
[0017]3)本发明通过多次试验，得到一个最优的换热板片优化结果，并且通过试验进行了验证，从而证明了结果的准确性。
[0018]4)开发了新的换热板片的材料。
[0019]5)开发了新的密封垫片的材料。
[0020]6)通过通道宽度的变化设置，提高了换热系数。
【附图说明】
[0021]图1是一个流道并联的现有技术板式换热器示意图；
[0022]图2是流道串联的现有技术板式换热器的示意图；
[0023]图3是本发明分程板片结构的示意图；
[0024]图4是本发明分程垫片的结构示意图；
[0025]图5是本发明的流量大的流体的板片结构示意图；
[0026]图6是本发明分程板片的结构示意图；
[0027]图7是图3的分程板片的尺寸示意图。
[0028]附图标记如下:
[0029]I第一流体进口，2第一流体出口，3第二流体进口，4第二流体出口，5端板，6端板，7分流流道，8分流密封槽，9分流密封垫，10换热板片，11分流流道，12分流流道。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0031]本文中，如果没有特殊说明，涉及公式的，“/”表示除法，“ X 表示乘法。
[0032]一种板式换热器中使用的换热板片10，所述换热板片10中设置至少一个分流部件，所述分流部件将流经换热板片的换热流体的流动路径分成至少两个分程流道7，所述的换热板片10中的分程流道7为串联结构。通过上述的分程流道7的串联结构，使得流体因此经过所有的分程流道7，如图6所示，从而使换热流体在换热板片10上形成S形流道。
[0033]通过设置分流部件，使得流量小的流体可以充满整个换热板片，从而避免了出现一些流体短路的换热区域，从而增加了换热系数，提高了整个换热器的换热系数；此外，通过设置分流部件，使得小流量的流体也能够实现在多个板片中的流体通道的并联，如图1a所示，避免了为了提高换热系数而将小流体通道设置为图2a所示的串联的结构，从而可以使得流体的四个进出口 1-4都设置在同一个端板上，从而使得维护方便。
[0034]作为优选，大流量流体的体积流量是小流量流体的体积流量的2倍以上。
[0035]作为优选，分流部件是通过密封槽8和密封垫9实现的，所述密封槽8设置在换热板片上，通过将密封垫9插入到密封槽8内，从而形成分流部件。
[0036]作为优选，分流部件是通过在换热板片上直接设置密封条来实现。作为优选，密封条和换热板片一体化制造。
[0037]在换热板片的流体进口和出口的上下两端上，即图3的上下两端，分流部件在一端是封闭的，在另一端是设置开口的，其中沿着左右方向，开口位置是交替设置在上下两端，这样保证流体通道形成S形。
[0038]请注意，前面以及后面所提到的上下左右方向并不限定于使用状态中的是上下左右方向，此处仅仅是为了表述图3中的板片的结构。
[0039]图3、6所述的板片因为设置了两个分流部件，因此流体的进出口设置在上端和下端。当然也可以设置I个或者奇数个分流部件，此时的流体的进出口位置就位于同一端上，即同时位于上端或下端。
[0040]如前所述的S形流道可以是半个S形，例如只设置一个分流部件的情况，也可以是整个S形，例如图3、6的形式，也可以是多个一个S形和/或半个S形的组合，例如设置大于2个分流部件的情况，例如3个分流部件就是I 一个S形和半个S形的组合，4个分流部件就是2个S形，等等以此类推。
[0041]对于采用密封垫的形式，作为优选，密封垫与板式换热器换热板片之间的设置的垫片一体化设计，因此本发明也提供了一中板式换热器中在换热板片之间使用的垫片。所述垫片中设置至少一个分流密封垫9，所述分流密封垫9将流经换热板片的换热流体的流动路径分成至少两个分程流道7，所述的换热板片10中的分程流道7为串联结构，从而使换热流体在换热板片10上形成S形流道。
[0042]在数值模拟和实验中发现，通过设置分流部件，能够使得换热器换热系数增加，但是同时也带来流动阻力的增加。通过数值模拟和实验发现，对于分流流道的宽度，如果过小，会导致流动阻力过大，换热器的承压太大，而且可能产生流道两侧边界层沿着流体流动方向重合，而导致换热系数下降，流道宽度过大也会导致降低板式换热器的换热系数，因此对于分流通道7具有一个合适的数值；对于分流部件开口的长度也有一定的要求，如果开口过小，会导致流体通过开口流过的数量过小，在增加压力的同时降低了换热系数，同理，如果过大，则流体会产生短路区域，起不到相应的换热效果，因此对于开口也有一个合适的长度。因此在分流部件的开口长度、分流部件的长度、分流流道宽度之间满足一个最优化的尺寸关系。
[0043]因此，本发明是通过多个不同尺寸的换热器的上千次数值模拟以及试验数据，在满足工业要求承压情况下(2.5MPa以下)，在实现最大换热量的情况下，总结出的最佳的换热板片的尺寸优化关系。
[0044]如图7所示，分流部件的开口长度LI，分流部件的长度为L2，分流流道宽度W，则满足如下关系式:
[0045]Ll/L = a-b*Ln(Ll/W)_c*(Ll/W)；
[0046]其中L = L1+L2 ；
[0047]400<L<800mm, 80<Ll<140mm, 130<ff<150mm ；Ln 是对数函数
[0048]0.17〈L1/L〈0.22，0.5<L1/W<1.1
[0049]0.18〈a〈0.21，0.014〈b〈0.016，0.0035〈c〈0.004。
[0050]其中开口长度是沿着分流部件，从开口出现的位置沿伸到流体通道的最远的位置，如图7中的A点。
[0051]作为优选，a= 0.19, b = 0.015，c = 0.0037 ；
[0052]作为优选，随着L1/W的不断增加，a的数值不断减少；
[0053]作为优选，随着L1/W的不断增加，b、c的数值不断增加。
[0054]作为优选，分流通道的流体的流速为0.4-0.8m/s，优选，0.5 — 0.6m/s，在此流速下采取上述公式得到的换热效果最好。
[0055]优选，换热器换热板的板间距4-6mm，优选5mm。
[0056]对于图4中的采用密封垫的与垫片一体化的形式，也满足上述公式情况下，换热效果最优。
[0057]作为优选，多个分流部件是互相平行。
[0058]作为优选，沿着流体流动的方向(即距离换热板片的流体入口越远)，同一换热板片上不同的分流流道的宽度W不断的减少。例如，图3中的分流流道7的宽度大于分流流道11，分流流道11的宽度大于分流流道12。通过分流流道宽度W不断的减少可以使得流体不断的加速，避免因为动力不足导致的流体运行缓慢。
[0059]作为优选，沿着流体流动的方向，同一分流流道的宽度W不断的减少。例如，分流流道7内，沿着流体流动方向(即图3从上到下)，宽度W不断的减少。此时，对于前面公式中的W采用的是平均宽度W。
[0060]作为优选，不同换热板片上，距离换热器流