專利名稱：板式脈動(dòng)熱管換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板式脈動(dòng)熱管換熱器，即在換熱器的換熱片上布設(shè)脈動(dòng)熱管，把脈動(dòng)熱管和換熱片做成一體，在強(qiáng)迫對流傳熱以及脈動(dòng)熱管的相變傳熱與脈動(dòng)流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱共同作用下，有效提高該換熱器的換熱效率，形成新型高效板式脈動(dòng)熱管換熱器。主要用于船舶、汽車、航天、航空、電子、電機(jī)、核工業(yè)、熱工、建筑、醫(yī)療、溫度調(diào)節(jié)、余熱回收以及太陽能與地?zé)崂玫壬婕盁崃拷粨Q的場合。該換熱器具有換熱效率高、壓力損失小、換熱片溫度均勻以及不易結(jié)垢的特點(diǎn)。
背景技術(shù)：
在交通運(yùn)輸、航空航天以及工業(yè)生產(chǎn)過程中，需要在設(shè)備系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間或者在同一系統(tǒng)的不同部分之間控制或者強(qiáng)化熱量的傳遞。換熱器不只是保證設(shè)備正常運(yùn)行、工藝流程得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備，而且也是開發(fā)利用工業(yè)二次能源、實(shí)現(xiàn)熱回收以節(jié)約能源消費(fèi)的重要裝備。當(dāng)前，換熱器的類型很多，由于間壁式換熱器可非常容易的將冷熱流體分開，因而在上述領(lǐng)域以及工業(yè)過程中得到廣泛應(yīng)用。目前，間壁式換熱器主要分為殼管式換熱器、板式換熱器和熱管換熱器。殼管式換熱器殼管式換熱器為一組管束或盤管裝在殼體內(nèi)構(gòu)成的換熱器。傳遞熱量的兩種介質(zhì)，一種在管內(nèi)，另一種在管外殼體內(nèi)，通過管壁進(jìn)行熱量傳遞，一般為臥式。 長期以來，管殼式換熱器面臨著各種新型換熱器的挑戰(zhàn)，且某些場合已被一些新型換熱器所取代，但是由于它的高度可靠性和廣泛的適應(yīng)性，至今仍然在很多領(lǐng)域應(yīng)用。殼管式換熱器的存在的主要缺點(diǎn)為1)難以大型化，實(shí)現(xiàn)大型化，在一定程度上反映出設(shè)計(jì)、制造水平。但是大型化將給設(shè)計(jì)、制造、使用帶來一些問題。例如振動(dòng)就是使用中比較突出的一個(gè)問題?；酶g和結(jié)垢問題，由于表面處理技術(shù)的束縛，殼管式換熱器比較容易發(fā)生腐蝕和結(jié)構(gòu)問題，而且一旦發(fā)生腐蝕和結(jié)垢后，其檢修、維護(hù)麻煩，大大降低了其傳熱效率。3)傳熱效率和壓力損失的矛盾問題，要提高殼管式換熱器的效率，往往伴隨著流體壓力的損失。如果單方面通過提高流體的壓力來提高換熱的效率，又面臨著密封和材料的強(qiáng)度問題。板式換熱器板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過板片進(jìn)行熱量交換。板式換熱器是液一液、液一汽進(jìn)行熱交換的理想設(shè)備。它具有換熱效率高、熱損失小、結(jié)構(gòu)緊湊輕巧、占地面積小、安裝清洗方便、應(yīng)用廣泛、使用壽命長等特點(diǎn)。在相同壓力損失情況下，其傳熱系數(shù)比管式換熱器高3-5倍，占地面積為管式換熱器的三分之一。但板式換熱器同樣存在換熱效率和壓力損失之間的矛盾問題，而且板式換熱器較易結(jié)垢的問題使得其需要經(jīng)常清洗、維護(hù)，否則其傳熱效率將大大降低，另外，板片進(jìn)出口端溫差較大，單一板片上溫度不均，進(jìn)而對其使用性能產(chǎn)生影響。熱管換熱器熱管是一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱組件，它通過在全封閉真空管殼內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。由熱管組成的熱管換熱器具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體阻力損小、有利于控制露點(diǎn)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。作為廢熱回收和工藝過程中熱能利用的節(jié)能設(shè)備，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。熱管換熱器的主要特點(diǎn)包括1)熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運(yùn)行過程中單根熱管因?yàn)槟p、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時(shí)基本不影響換熱器運(yùn)行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強(qiáng)的流體換熱場合具有很高的可靠性。2、熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動(dòng)，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動(dòng)，由于管外流動(dòng)的換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于管內(nèi)流動(dòng)的換熱系數(shù)，用于品位較低的熱能回收場合非常經(jīng)濟(jì)。3)對于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結(jié)構(gòu)的變化、擴(kuò)展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。4) 熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時(shí)，可以通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開最大的腐蝕區(qū)域。隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，節(jié)能減排呼聲日漸高漲。如何更好的綜合各種換熱器的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)出傳熱效率更高，適用范圍更大、造價(jià)更低、維護(hù)檢修更加方便的新型換熱器已經(jīng)成為當(dāng)前傳熱領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種具有高效傳熱能力的新型換熱器。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種板式脈動(dòng)熱管換熱器。換熱器主要由脈動(dòng)熱管、 換熱片、密封圈和前后蓋板構(gòu)成。蛇形脈動(dòng)熱管反復(fù)穿越換熱片，與換熱片構(gòu)成一體；前后蓋板以及換熱片分別在邊緣對應(yīng)位置開槽，以承裝密封圈，實(shí)驗(yàn)冷熱流體間隔式分離；在換熱片和前后蓋板上下左右開孔，通過貫穿螺栓實(shí)現(xiàn)整個(gè)換熱器裝置的緊固和定位，在前蓋板上四個(gè)角處安裝四個(gè)法蘭，用于冷熱流體的進(jìn)出。本發(fā)明中的換熱片有A、B兩種，不同之處在于兩種換熱片上脈動(dòng)熱管布置的位置正好錯(cuò)開。在組裝時(shí)，兩種換熱片間隔組裝，這樣兩種換熱片上的脈動(dòng)熱管可以相互插到一起，構(gòu)成更加緊密的整體，提高換熱效率。換熱器的密封圈在布置時(shí)與換熱片嵌在一起，嵌在A、B兩片換熱片上的密封圈相差180度，這樣冷熱冷流體可依次交替進(jìn)入換熱空間，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)冷熱流體的逆向流動(dòng)，達(dá)到換熱的目的。脈動(dòng)熱管的工質(zhì)可以為水、丙酮、酒精或納米流體等，工作時(shí)，冷熱流體從四個(gè)法蘭進(jìn)出換熱器，進(jìn)出的方向?yàn)閷蔷€方向，以實(shí)現(xiàn)冷熱流體最大程度的逆向流動(dòng)，由于密封圈的導(dǎo)向作用冷熱流體交替進(jìn)入換熱空間，流體在換熱片導(dǎo)流槽和熱管的引導(dǎo)下在換熱空間內(nèi)均勻流過。在此過程中，換熱片間隔的冷熱流體通過換熱片主要對貼近換熱片的流體進(jìn)行強(qiáng)迫對流傳熱，而脈動(dòng)熱管則通過相變以及脈動(dòng)熱管中液柱的脈動(dòng)流動(dòng)，在間隔的冷熱流體之間實(shí)現(xiàn)縱深傳熱。因而，在強(qiáng)迫對流傳熱、相變傳熱以及脈動(dòng)流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱共同作用下，板式脈動(dòng)熱管換熱器的傳熱效率比普通板式換熱器的傳熱效率將會得到顯著提升。本發(fā)明涉及的脈動(dòng)熱管工質(zhì)可以根據(jù)不同的工作場合以及工況條件進(jìn)行選定，工質(zhì)可以為水、丙酮、甲醇、乙醇或納米流體等。本發(fā)明涉及的脈動(dòng)熱管的長度和結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定，結(jié)構(gòu)形式可以為閉式、開式或者帶有單向閥式等。
本發(fā)明所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器具有如下突出優(yōu)點(diǎn)(1)換熱效率高。本發(fā)明充分結(jié)合板式換熱器換熱面積大、換熱性能好以及脈動(dòng)熱管傳熱性能高的特點(diǎn)，將強(qiáng)迫對流傳熱、相變傳熱以及脈動(dòng)流動(dòng)的高效傳熱有機(jī)結(jié)合為一體，使新型板式脈動(dòng)熱管換熱器具有較高的換熱效率；(2)壓力損失小。相對于普通板式換熱器來說，由于有了高效傳熱元件脈動(dòng)熱管的存在，兩相鄰換熱片之間的距離可以明顯加大，從而有效降低流體在換熱器內(nèi)部的流動(dòng)阻力，壓力損失??；(3)換熱片溫度更加均勻。脈動(dòng)熱管內(nèi)的工質(zhì)在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)單向循環(huán)流動(dòng)，因而在合理布置脈動(dòng)熱管的前提下，在脈動(dòng)熱管內(nèi)循環(huán)工質(zhì)的作用下，整個(gè)換熱片的溫度將趨于均勻。(4)不易結(jié)垢。受脈動(dòng)熱管影響，流體在換熱空間的流動(dòng)呈現(xiàn)為紊流狀態(tài)，降低了結(jié)垢的可能性；此外脈動(dòng)熱管在溫差很小的情況下就會投入工作，因而也可在一定程度上避免高溫下結(jié)垢、結(jié)硬垢。


本發(fā)明共有7張附圖，其中圖1為本發(fā)明具體實(shí)施的立體示意圖
圖2為圖1分解裝配示意3為密封圈示意4為換熱片A示意5為換熱片B示意6為脈動(dòng)熱管示意7為后蓋板示意圖
具體實(shí)施例方式如圖1-圖7示出了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。如圖1-圖7所示，該脈動(dòng)熱管包括熱流體進(jìn)口 1，熱流體出口 2，冷流體進(jìn)口 3，冷流體出口 4，換熱片A5，換熱片B6，脈動(dòng)熱管7，密封圈8，小貫穿螺栓9，螺帽10，大貫穿螺栓 11，螺帽12，前蓋板13，后蓋板14。在具體實(shí)施時(shí)，圖6所示的多組脈動(dòng)熱管7反復(fù)穿越圖4所示的換熱片A5以及圖 5所示的換熱片B6，布置好的脈動(dòng)熱管7需在專用充液臺(圖中未顯示)上，在真空條件下進(jìn)行充液，充液率可在30% 70%之間根據(jù)具體工況進(jìn)行選擇，工質(zhì)可以為水、丙酮、甲醇、乙醇或納米流體等根據(jù)具體應(yīng)用場合以及運(yùn)行工況進(jìn)行選擇。如圖2所示，加工好的換熱片A5、換熱片B6與名密封圈8互相間隔疊放在一起，密封圈8分別嵌在換熱片A5和換熱片B6上，并且密封圈8在換熱片A5和換熱片B6上嵌入的方向相差180°，這樣便可實(shí)現(xiàn)冷熱空間的交替布置，使得冷流體和熱流體分別進(jìn)入各自相互間隔的工作空間，布置在換熱片A5以及A6上的脈動(dòng)熱管7的兩端將分別與冷熱流體直接接觸，實(shí)現(xiàn)換熱作用。脈動(dòng)熱管7在換熱片A5和換熱片B6上的布置形式見圖4和圖5所示。換熱片A5上脈動(dòng)熱管7布置的位置與換熱片B6上脈動(dòng)熱管7布置的位置錯(cuò)開，這樣在如圖2進(jìn)行裝配時(shí)，布置于換熱片A5上的脈動(dòng)熱管7和布置在換熱片B6上的脈動(dòng)熱管7可以交錯(cuò)插到一起。如圖1所示，前蓋板13、換熱片A5、換熱片B6、密封圈8以及后蓋板14通過4個(gè)小貫穿螺栓9和螺帽10以及大貫穿螺栓11和螺帽12固定成一體。工作時(shí)，熱流體從熱流體進(jìn)口 1進(jìn)入，經(jīng)換熱后從熱流體出口 2流出，冷流體從冷流體進(jìn)口 3進(jìn)入，經(jīng)換熱后從冷流體出口 4流出，換熱器內(nèi)冷熱間隔的流體在強(qiáng)迫對流傳熱、脈動(dòng)熱管7的相變傳熱以及脈動(dòng)強(qiáng)化傳熱的共同作用下進(jìn)行高效的熱交換。
權(quán)利要求
1.一種板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于通過貫穿螺栓將一組布有脈動(dòng)熱管的換熱片、密封圈以及前后蓋板緊固成一體，形成冷熱相間的換熱裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述布有脈動(dòng)熱管的換熱片包括兩種，兩種換熱片上所布置的脈動(dòng)熱管在位置上相互錯(cuò)開，組裝時(shí)，兩種換熱片間隔放置，兩種換熱片上的脈動(dòng)熱管則相互插在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述密封圈與換熱片在四角相同位置開孔，密封圈同時(shí)僅封閉相對兩角上的通道，放置于換熱片以及前后蓋板邊緣所開的槽中，相鄰密封圈方向交換180度放置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述板式脈動(dòng)換熱器是在強(qiáng)迫對流傳熱、相變傳熱以及脈動(dòng)流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱共同作用下完成換熱過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述兩種換熱片上均布置多組蛇形脈動(dòng)熱管，脈動(dòng)熱管來回穿越換熱片，與換熱片形成一體，構(gòu)成新型布有脈動(dòng)熱管的換熱片。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述脈動(dòng)熱管的結(jié)構(gòu)形式可以為閉式、開式以及帶有單向閥的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述脈動(dòng)熱管的工質(zhì)可為水、丙酮、甲醇、乙醇或納米流體，充液率為30% 70%，橫截面為圓形、方形、三角形或菱形。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7所述的板式脈動(dòng)熱管換熱器，其特征在于所述換熱片、脈動(dòng)熱管以及前后蓋板所用材質(zhì)為銅、銅合金、鋁、路合金、鈦、鈦合金、鋼以及陶瓷中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種板式脈動(dòng)熱管換熱器，即在換熱器的換熱片上布設(shè)脈動(dòng)熱管，把脈動(dòng)熱管和換熱片做成一體，在強(qiáng)迫對流傳熱以及脈動(dòng)熱管的相變傳熱與脈動(dòng)流動(dòng)的強(qiáng)化傳熱共同作用下，有效提高該換熱器的換熱效率，形成新型高效板式脈動(dòng)熱管換熱器。主要用于船舶、汽車、航天、航空、電子、電機(jī)、核工業(yè)、熱工、建筑、醫(yī)療、溫度調(diào)節(jié)、余熱回收以及太陽能與地?zé)崂玫壬婕盁崃拷粨Q的場合。該換熱器具有換熱效率高、壓力損失小、換熱片溫度均勻以及不易結(jié)垢的特點(diǎn)。
文檔編號F28F21/08GK102564182SQ20121005090
公開日2012年7月11日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者孫玉清, 紀(jì)玉龍, 郭陽, 馬鴻斌 申請人:紀(jì)玉龍