專利名稱：一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板及其構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及適用于軍事裝備、石油、化工、制冷、冶金、能源等行業(yè)的各種類型
的熱交換設(shè)備和加熱設(shè)備的一次自增強(qiáng)緊湊式換熱板。
背景技術(shù)：
節(jié)能、減排、降耗是我國的基本國策，當(dāng)前在軍事裝備、低排放動(dòng)力電廠、石油煉 制、工業(yè)爐、加熱爐、煤化工、化纖、水泥工業(yè)熱量回收領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)是改善設(shè)備和工藝流 程的高效性、成本的經(jīng)濟(jì)性，使能源效率最大化。近年來發(fā)展迅速，在工業(yè)中的應(yīng)用日益廣 泛。目前在各種板式熱交換設(shè)備和加熱設(shè)備中，主要有釬焊板式換熱器、復(fù)合波紋板束換熱 器、外通道和焊接結(jié)構(gòu)的板式換熱器、整體釬焊結(jié)構(gòu)的板式換熱器、折流板換熱器、板翅式 換熱器、圓點(diǎn)式寬流道全焊式換熱板、螺旋板式換熱器等，換熱板之間大都需要支撐結(jié)構(gòu)支 撐、且板面上的強(qiáng)化傳熱部件大都采用焊接工藝。防積灰、防沖擊、同時(shí)具有高的穩(wěn)定傳熱 特性，一直是存在的問題；板式換熱器由于具有緊湊度高、壓降小、抗振性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)，國 內(nèi)外的專利情況及相關(guān)文獻(xiàn)資料表明，在較低流速下使板間流體具有較大的擾動(dòng)，以及板 間的自增強(qiáng)結(jié)構(gòu)換熱器的研究顯然還遠(yuǎn)不夠充分。 由于體積結(jié)構(gòu)的限制等多方面的原因，板式換熱器的結(jié)構(gòu)一般都很薄，采用套裝 和鑲嵌工藝為主，致命缺點(diǎn)是強(qiáng)化傳熱部件和基板表面結(jié)合的牢固程度不能保證，板間的 接觸不好，熱阻大，影響傳熱。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一體式自增強(qiáng)緊湊式 一次表面換熱板及其構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型可以廣泛應(yīng)用于板式換熱器中。本實(shí)用 新型通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 本實(shí)用新型的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板包括板邊、緣凸臺(tái)、固定區(qū)、通 孔區(qū)、導(dǎo)流區(qū)和換熱區(qū)，所述換熱區(qū)具有多個(gè)凸殼和多個(gè)凹?xì)ぃ摱鄠€(gè)凸殼和多個(gè)凹?xì)づc基 板一體形成，多個(gè)凸殼分成多排分布在基板的一側(cè)，多個(gè)凹?xì)し殖啥嗯欧植荚诨宓牧硪?側(cè)，由凸殼形成的排與由凹?xì)ば纬傻呐啪嗷テ叫?，所有的凸殼與凹?xì)こ市辛惺椒植荚诨?板上，行數(shù)即為所述排的數(shù)目。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，板邊緣凸臺(tái)、固定區(qū)、通孔區(qū)、導(dǎo) 流區(qū)和換熱區(qū)之間均為一體形成，不是通過焊接形成的。通孔區(qū)和導(dǎo)流區(qū)之間設(shè)有半圓形 凸臺(tái)，在矩形換熱板四個(gè)角處設(shè)有通孔區(qū)，在矩形換熱板中部設(shè)有換熱區(qū)，換熱區(qū)和通孔區(qū) 之間設(shè)有導(dǎo)流區(qū)。換熱區(qū)的結(jié)構(gòu)是換熱區(qū)為矩形，分布有呈錐形球頂?shù)陌細(xì)ず屯箽?，凸?和凹?xì)し謩e成排分布形成多個(gè)平行于矩形短邊的凸殼排和凹?xì)づ牛箽づ藕桶細(xì)づ沤惶娣?布在基板上，每一個(gè)凸殼和每一個(gè)凹?xì)ぴ诨逅诘钠矫嫔暇鶎?duì)應(yīng)一個(gè)圓孔，且這些圓孔 的中心分布在與矩形換熱板長(zhǎng)邊平行的直線上，即所有的凸殼與凹?xì)こ市辛蟹植肌?上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，所述凸殼外形為錐形球頂形狀，即凸殼頂部為球形的一部分，與頂部圓滑過渡的凸殼的另一部分為圓錐形去除錐頂所剩的 部分；凸殼與凹?xì)さ耐庑我恢隆?上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，所述換熱區(qū)為矩形，凸殼和凹?xì)?分別成排分布形成多個(gè)平行于矩形短邊的凸殼排和凹?xì)づ?，凸殼排和凹?xì)づ沤惶娣植荚诨?板上；每一個(gè)凸殼和每一個(gè)凹?xì)ぴ诨逅诘钠矫嫔暇鶎?duì)應(yīng)一個(gè)圓孔，且這些圓孔的中心 分布在與矩形長(zhǎng)邊平行的直線，即所有的凸殼與凹?xì)こ市辛蟹植迹箽づc凹?xì)さ姆植缄P(guān)于 矩形兩短邊中心的連線對(duì)稱。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，在與矩形長(zhǎng)邊平行的方向上，相 鄰兩個(gè)圓孔的圓心之間的距離為4 120mm;在矩形短邊平行的方向上，相鄰兩個(gè)圓孔的圓 心之間的距離為4 140mm。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，所述圓錐形的母線與基板表面夾 角為45° 75° ，所述球形的半徑為2. 5 22mm，凸殼或凹?xì)じ叨葹? 16mm，殼厚為 0. 5 6mm。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，基板厚度和凹凸殼的厚度一致。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，所述板邊緣凸臺(tái)高度比凹?xì)せ蛲?殼高度低，板邊緣凸臺(tái)高度為1 15mm，厚度為20 40mm;所述矩形長(zhǎng)邊和短邊的比為
2 : i 4 : i。 上述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板中，所述凹?xì)ず屯箽び苫褰?jīng)雙面沖
壓形成。 由上述的換熱板構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)，其由至少兩塊所述換熱板疊加而成，相鄰兩塊 換熱板的換熱區(qū)上的凹?xì)ず屯箽づ懦傻男辛袛?shù)中，行數(shù)一致，而列數(shù)相差一列，且所有換熱 板的換熱區(qū)上的凹凸殼列數(shù)最多相差一列。 上述的流道結(jié)構(gòu)中，上層換熱板的凹?xì)ろ敳颗c下層換熱板基板接觸，下層換熱板 的凸殼頂部與上層換熱板基板接觸。 一體式自增強(qiáng)緊湊一次表面換熱板的制作方法是所 述換熱板采用不銹鋼板、鎂合金板、鎳板、鈦板等，通過雙面沖壓或其它壓鑄方法在基板上 制造出凹凸殼、導(dǎo)流槽、板邊緣凸臺(tái)和半圓形密封通孔凸臺(tái)，通過鉆頭制造出通孔和固定 孔。 本實(shí)用新型的換熱板的基板與凸殼和凹?xì)げ糠质且粋€(gè)整體，既具有緊湊的凹凸結(jié) 構(gòu)、大的凹凸面積，又能明顯的提高傳熱速度和增大傳熱系數(shù)，工作時(shí)換熱板相互點(diǎn)接觸， 起到剛性增強(qiáng)和自支撐作用，同時(shí)凹凸結(jié)構(gòu)在較低雷諾數(shù)下可以形成紊流有利于強(qiáng)化傳 熱，能夠較好的滿足強(qiáng)化傳熱和高壓力工況下工作的要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具 有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果 (1)凹凸殼緊湊度高，擴(kuò)展了一次傳熱表面積，凹凸殼沿板面均勻成排分布，凹凸
部分與基板一體，形成特殊流道，在較低雷諾數(shù)下可以形成紊流有利于強(qiáng)化傳熱； (2)從結(jié)構(gòu)上做了流型改變，既實(shí)現(xiàn)小流道水力直徑的同時(shí)，又降低了機(jī)械損耗； (3)本實(shí)用新型換熱板上凹凸殼形狀的設(shè)計(jì)，使流體流過殼內(nèi)外表面時(shí)，在擾動(dòng)程
度加劇的同時(shí)，流過殼內(nèi)表面的流體在殼內(nèi)也不形成死區(qū)，從而達(dá)到減薄邊界層，起到強(qiáng)化
傳熱的作用。
(4)由于換熱板凹凸部分是靠雙面沖壓加工而成，凹凸部分與換熱板自成一體，因
4此在凹凸殼和基板之間不存在接觸熱阻，從而消除加工熱阻，使得總的熱阻大大減??； (5)工作時(shí)換熱板相互點(diǎn)接觸，板與板之間通過凹凸部分實(shí)現(xiàn)相互支撐，起到剛性
增強(qiáng)和自支撐作用，在承受強(qiáng)度應(yīng)力方面有較強(qiáng)的優(yōu)越性；， (6)坡度的設(shè)計(jì)可防止縱流過程灰塵積聚，檢修時(shí)便于灰塵清理。
(7)本實(shí)用新型通過凹凸殼的合理設(shè)計(jì)及布置，傳熱面積大大增加，整體式凹凸換
熱板具有很大的比表面積，大大強(qiáng)化了對(duì)流傳熱性能，可以在能源化工、制冷、電子散熱等
領(lǐng)域應(yīng)用。

圖1為本具體實(shí)施方式
中一種換熱板的結(jié)構(gòu)正面示意圖，圖中，106U07為換熱板 對(duì)稱軸。 圖2為本具體實(shí)施方式
中另一種換熱板的結(jié)構(gòu)正面示意圖，圖中，206、207為換熱
板對(duì)稱軸。 圖3為圖1所示換熱板的換熱區(qū)局部放大示意圖，其中凹凸殼的分布關(guān)于對(duì)稱軸 106、 107對(duì)稱。 圖4為圖2所示換熱板的換熱區(qū)局部放大示意圖，其中凹凸殼的分布關(guān)于對(duì)稱軸 206 、207對(duì)稱。 圖5為實(shí)施方式中換熱板換熱區(qū)凹凸殼局部B-B剖視放大示意圖。 圖6為實(shí)施方式中換熱板換熱區(qū)凹凸殼局部A-A剖視放大示意圖。 圖中，1半圓形凸臺(tái)，2固定孔，3導(dǎo)流槽，4凸殼，5凹?xì)ぃ?冷流體通孔，7熱流體通
孔，8基板，101通孔區(qū)，102邊緣凸臺(tái)，103換熱區(qū)，104固定區(qū)，105導(dǎo)流區(qū)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式 不限于此。 如圖l所示，一種一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板，其結(jié)構(gòu)是通孔區(qū)101、邊 緣凸臺(tái)102、換熱區(qū)103、固定區(qū)104和導(dǎo)流區(qū)105。矩形換熱板邊緣設(shè)有邊緣凸臺(tái)102，厚 度20 40mm，高度為1 15mm ;在矩形換熱板的四個(gè)角處設(shè)有通孔區(qū)IOI，通孔直徑與矩形 板短邊之比為1 : 3 1 : 5 ;與通孔區(qū)101相鄰處設(shè)有導(dǎo)流區(qū)105，通孔6和通孔7與導(dǎo) 流區(qū)之間設(shè)有半圓形凸臺(tái)l，半圓形凸臺(tái)l的外邊緣半徑與矩形換熱板短邊之比為l : 2 1 : 4，厚度為20 40mm，高度為0.5mm 14mm;導(dǎo)流區(qū)105設(shè)有交叉的導(dǎo)流槽3，導(dǎo)流槽3 關(guān)于矩形換熱板短邊中點(diǎn)的連線對(duì)稱，導(dǎo)流槽3深度為0. 2 2mm ;矩形換熱板板上部和下 部設(shè)有固定孔IOI，孔徑大小5cm 8cm。所述矩形換熱板邊緣凸臺(tái)102比凸殼4和凹?xì)? 低，半圓形凸臺(tái)1比矩形板的邊緣凸臺(tái)102稍低。 如圖2所示，矩形換熱板兩側(cè)分別分布著平行排列的凸殼4和凹?xì)?，凸殼4和凹 殼5在基板8上對(duì)應(yīng)圓孔的半徑為2 16mm，基板8上兩圓心之間的距離行距4 120mm， 列距4 140mm ;所述換熱區(qū)103分布的凸殼4和凹?xì)?排列方式，其特征為凸殼4和凹 殼5分別成排分布形成多個(gè)平行于矩形短邊的凸殼排和凹?xì)づ牛箽づ藕桶細(xì)づ沤惶娣植?在基板8上；每一個(gè)凸殼4和每一個(gè)凹?xì)?在基板8所在的平面上均對(duì)應(yīng)一個(gè)圓孔，且這些圓孔的中心分布在與矩形長(zhǎng)邊平行的直線上，即所有的凸殼4與凹?xì)?呈行列分布，凸殼4 與凹?xì)?的分布關(guān)于矩形兩短邊中心的連線對(duì)稱。 如圖3，基板8厚為0. 5 6mm，凸殼4和凹?xì)?高度為2 16mm，所述凸殼4和凹 殼5外形為錐形球頂形狀，即凸殼4頂部為球形的一部分，與頂部圓滑過渡的凸殼4的另一 部分為圓錐形去除錐頂所剩的部分；凸殼4與凹?xì)?的外形一致；所述圓錐形的母線與基 板8表面夾角為45。 75° ;所有凹凸殼厚度一致。 由多個(gè)圖1和圖2所示的換熱板可以制成的換熱器流道。本實(shí)施方式中采用三塊 換熱板組成流道。其結(jié)構(gòu)是三片換熱板間隔疊加，相鄰兩塊換熱板的換熱區(qū)103上的凸殼 4和凹?xì)?排成的行列數(shù)中，行數(shù)一致，而列數(shù)相差一列，且所有換熱板的換熱區(qū)103上的 凹凸殼列數(shù)最多相差一列；冷流體通孔6呈對(duì)角分布，其余兩對(duì)角分布有熱流體通孔7 ;矩 形換熱板邊緣凸臺(tái)102上加密封墊圈；對(duì)于兩換熱板之間有冷流體的板面上，冷流體通孔6 處的半圓形凸臺(tái)1不設(shè)密封墊圈，熱流體通孔7處的半圓形凸臺(tái)l上設(shè)有密封墊圈；對(duì)于兩 換熱板之間有熱流體的板面上，熱流體通孔7處的半圓形凸臺(tái)1上不設(shè)密封墊圈，冷流體通 孔6處的半圓形凸臺(tái)l上設(shè)密封墊圈。 將多個(gè)所述的一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板疊加，兩端設(shè)有壓板，通過固 定桿固定并用緊固螺栓固定，可制成換熱器，其流道結(jié)構(gòu)是上層一體式自增強(qiáng)緊湊式換熱 板的凹?xì)?的頂部與下層一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板的基板8接觸，下層一體式 自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板凸殼4的頂部與上層的基板8接觸，流道的高度為凸殼4和 凹?xì)?的高度，因此增強(qiáng)了換熱板之間的自增強(qiáng)作用，且減小了體積節(jié)省了空間。凸殼4和 凹?xì)?增加了流道的換熱面積，相鄰換熱板之間的凸殼4和凹?xì)?交錯(cuò)排列方式，增大了流 體的擾動(dòng)程度，在流速較低的情況下形成高速湍流，從而提高了一體式自增強(qiáng)緊湊式一次 表面換熱板的換熱效率。
權(quán)利要求一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板，包括板邊緣凸臺(tái)、固定區(qū)、通孔區(qū)、導(dǎo)流區(qū)和換熱區(qū)，其特征在于所述換熱區(qū)具有多個(gè)凸殼和多個(gè)凹?xì)ぃ摱鄠€(gè)凸殼和多個(gè)凹?xì)づc基板一體形成，多個(gè)凸殼分成多排分布在基板的一側(cè)，多個(gè)凹?xì)し殖啥嗯欧植荚诨宓牧硪粋?cè)，由凸殼形成的排與由凹?xì)ば纬傻呐啪嗷テ叫校械耐箽づc凹?xì)こ市辛惺椒植荚诨迳?，行?shù)即為所述排的數(shù)目。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱板，其特征在于所述凸殼外形為錐形球頂形狀，即凸殼 頂部為球形的一部分，與頂部圓滑過渡的凸殼的另一部分為圓錐形去除錐頂所剩的部分； 凸殼與凹?xì)さ耐庑我恢隆?br> 3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的換熱板，其特征在于所述換熱區(qū)為矩形，凸殼和凹?xì)し謩e成 排分布形成多個(gè)平行于矩形短邊的凸殼排和凹?xì)づ?，凸殼排和凹?xì)づ沤惶娣植荚诨迳希?每一個(gè)凸殼和每一個(gè)凹?xì)ぴ诨逅诘钠矫嫔暇鶎?duì)應(yīng)一個(gè)圓孔，且這些圓孔的中心分布在 與矩形長(zhǎng)邊平行的直線上，即所有的凸殼與凹?xì)こ市辛蟹植?，凸殼與凹?xì)さ姆植缄P(guān)于矩形 兩短邊中心的連線對(duì)稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱板，其特征在于在與矩形長(zhǎng)邊平行的方向上，相鄰兩個(gè) 圓孔的圓心之間的距離為4 120mm;在矩形短邊平行的方向上，相鄰兩個(gè)圓孔的圓心之間 的距離為4 140mm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的換熱板，其特征在于所述圓錐形的母線與基板平面夾角為 45° 75° ，所述球形的半徑為2. 5 22mm，凸殼或凹?xì)じ叨葹? 16mm，殼厚為0. 5 6mm。
6. 根據(jù)權(quán)利5要求所述的換熱板，其特征在于基板厚度和凹凸殼的厚度一致。
7. 根據(jù)權(quán)利6要求所述的換熱板，其特征在于所述板邊緣凸臺(tái)高度比凹?xì)せ蛲箽じ叨?低，板邊緣凸臺(tái)高度為l 15mm，厚度為20 40mm;所述矩形長(zhǎng)邊和短邊的比為2 : l 4 : 1。
8. 根據(jù)權(quán)利1 7任一項(xiàng)所述的換熱板，其特征在于所述凹?xì)ず屯箽び苫褰?jīng)雙面沖 壓形成。
9. 由權(quán)利要求1所述的換熱板構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)，其特征在于由至少兩塊所述換熱板疊 加而成，相鄰兩塊換熱板的換熱區(qū)上的凹?xì)ず屯箽づ懦傻男辛袛?shù)中，行數(shù)一致，而列數(shù)相差 一列，且所有換熱板的換熱區(qū)上的凹凸殼列數(shù)最多相差一列。
10. 根據(jù)權(quán)利9要求所述的流道結(jié)構(gòu)，其特征在于上層換熱板的凹?xì)ろ敳颗c下層換熱 板基板接觸，下層換熱板的凸殼頂部與上層換熱板基板接觸。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一體式自增強(qiáng)緊湊式一次表面換熱板及其構(gòu)成的流道結(jié)構(gòu)，換熱板包括通孔區(qū)、固定區(qū)、導(dǎo)流區(qū)、邊緣凸臺(tái)、換熱區(qū)；換熱區(qū)為矩形，分布有呈錐形球頂?shù)陌細(xì)ず屯箽ぃ箽ず桶細(xì)し謩e成排分布形成多個(gè)平行于矩形短邊的凸殼排和凹?xì)づ?，凸殼排和凹?xì)づ沤惶娣植荚诨迳希恳粋€(gè)凸殼和每一個(gè)凹?xì)ぴ诨逅诘钠矫嫔暇鶎?duì)應(yīng)一個(gè)圓孔，且這些圓孔的中心分布在與矩形長(zhǎng)邊平行的直線上，即所有的凸殼與凹?xì)こ市辛蟹植?。流道結(jié)構(gòu)由至少兩塊所述換熱板疊加而成。本實(shí)用新型緊湊度高，節(jié)省金屬耗材，空間體積小，傳熱系數(shù)大大提高，在結(jié)構(gòu)上呈流線型，既實(shí)現(xiàn)小水利直徑的同時(shí)，又降低了機(jī)械損耗。
文檔編號(hào)F28F13/02GK201540057SQ20092005933
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者劉建勇, 李靜, 郎雪梅 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)