專利名稱：一種基于仿生蜂窩型換熱器板片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于仿生蜂窩型換熱器板片技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種換熱板，特別是涉及一種基于仿生蜂窩型換熱器板片。
技術(shù)背景[0002]板式換熱器與板式換熱裝置是工業(yè)傳熱及熱能利用過程所不可缺少的設(shè)備，包括動力、化工、冶金、食品、輕工等工業(yè)部門，也是空調(diào)及供熱設(shè)備中的重要組成部分。傳統(tǒng)的板式換熱器是由具有一定波紋形狀的傳熱板片，按照要求的間隔，通過橡膠密封墊片壓緊而成的換熱設(shè)備。換熱板片在組裝板式換熱器時(shí)，每個(gè)間隔通道的換熱板片交替排列，板與板之間用粘結(jié)劑把橡膠密封板條固定好，其作用是防止流體泄漏并使兩板之間形成一定間隔的流體換熱通道。換熱板片壓成各種波紋形，以增加換熱板片面積和剛性，并能使流體在較低的流速狀態(tài)下形成湍流狀態(tài)，以達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果。板上的四個(gè)角孔，形成了流體的分配管和出口通道，兩種換熱介質(zhì)分別流入各自的流道，形成逆流或并流通過每個(gè)板片進(jìn)行熱量的交換。在裝配板式換熱器是采用波紋板片相互倒置，構(gòu)成復(fù)雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動，在較低的雷諾數(shù)(如Re=5(T200)下產(chǎn)生紊流，所以板式換熱器的傳熱系數(shù)比較高，它與常規(guī)的管殼式換熱器相比，在相同的流動阻力和流體泵功率消耗情況下，可達(dá)到管殼式的3飛倍，在結(jié)構(gòu)緊湊高效的換熱裝置應(yīng)用中有取代管殼式換熱器的趨勢。[0003]現(xiàn)有的板式換熱器的換熱板主要采用的是人字形波紋板和水平平直波紋板。其技術(shù)發(fā)展趨勢為2:對稱型波紋發(fā)展到非對稱型波紋結(jié)構(gòu)；f從對稱流道發(fā)展到寬窄流道、寬寬流道；由波深為3飛mm 的一般波紋板發(fā)展到波深為2 3. Omm的淺、密結(jié)構(gòu)不同的波紋板。傳統(tǒng)人字形波紋板和水平平直波紋板的優(yōu)點(diǎn)！傳熱系數(shù)K比較高，由于波紋板相互倒置排列，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈現(xiàn)出旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的三維流動，在較低的雷諾數(shù)下產(chǎn)生紊流，其傳熱系數(shù)可以達(dá)到管殼式的3倍以上；.f對數(shù)平均溫差大，末端溫差小在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動，總體上是錯(cuò)流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)通常在0. 95左右，并且換熱器中的冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于 1°C，而管殼式換熱器一般為5°C ；1容易改變換熱面積或流程組合，只要增加或減少幾張板片，即可達(dá)到增加或減少換熱面積的目的，改變板片排列或更換幾張板片，即可達(dá)到所要求的流程組合，適應(yīng)新的換熱工況；: 占地面積小板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2飛倍，實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的 1/5 1/10。[0004]但傳統(tǒng)波紋板的板式換熱器也存在如下缺點(diǎn)1:單位長度的壓力損失大。由于波紋板相互倒置排列，板片之間的間隙較小，加上傳熱面上有凹凸波紋，因此板式換熱器中流體的壓力損失比管殼式換熱器的壓力損失大；1容量較小。容量只有管殼式換熱器的 209T30% 工作壓力不宜過大，介質(zhì)溫度不宜過高，有可能泄露。板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質(zhì)溫度應(yīng)在低于250°C以下； 易堵塞。由于板片間通道很窄，一般只有2 5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)含有較大顆?；蚶w維物質(zhì)時(shí)，容易堵塞板間通道。[0005]自然界中的蜜蜂根據(jù)自己本能制作的蜂巢，其優(yōu)美的結(jié)構(gòu)形狀，是經(jīng)過數(shù)千年甚至更長時(shí)間進(jìn)化而成的，是自然界最有效結(jié)構(gòu)的代表之一。經(jīng)研究測試，蜂巢結(jié)構(gòu)是自然界中強(qiáng)度比、剛度比最大的一種，用蜂巢結(jié)構(gòu)制成的復(fù)合材料已經(jīng)廣泛用于通訊、家具、建筑、 裝飾和軍事領(lǐng)域。將蜂窩結(jié)構(gòu)應(yīng)用于板式換熱器中板片表面的結(jié)構(gòu)，使板片表面凹凸結(jié)構(gòu)形狀仿生于蜂窩結(jié)構(gòu)，可促進(jìn)板式換熱器板片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同時(shí)強(qiáng)化過程傳熱?；诜涓C結(jié)構(gòu)的板片及相應(yīng)的板式換熱器，在國內(nèi)外專利文獻(xiàn)中尚未有相關(guān)的報(bào)道。實(shí)用新型內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種能有效擾動流體以及提高傳質(zhì)傳熱效率，具有合理的強(qiáng)度和制造工藝的基于仿生蜂窩型換熱器板片。[0007]本實(shí)用新型目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)[0008]一種基于仿生蜂窩型換熱器板片，包括導(dǎo)流區(qū)、密封區(qū)、蜂窩區(qū)和邊框；在邊框內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流區(qū)、密封區(qū)和蜂窩區(qū)；蜂窩區(qū)兩端分別設(shè)有導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)；導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)分布在板片兩端；導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)分別位于仿生蜂窩型板片兩端的兩側(cè)；導(dǎo)流區(qū)內(nèi)設(shè)有多塊導(dǎo)流擋板，導(dǎo)流區(qū)內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)流流體進(jìn)口或流體出口 ；導(dǎo)流流體進(jìn)口或流體出口位于仿生蜂窩型板片兩端的一側(cè)，導(dǎo)流區(qū)中相對仿生蜂窩型板片端部的一側(cè)設(shè)有多塊間隔分布的導(dǎo)流擋板，導(dǎo)流擋板與水平面的傾斜角為30-50°，兩導(dǎo)流擋板之間形成了導(dǎo)流通道；密封區(qū)位于仿生蜂窩型板片端部導(dǎo)流區(qū)的另一側(cè)，密封區(qū)內(nèi)設(shè)有多個(gè)密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有墊片， 墊片總高度大于兩塊仿生蜂窩型板片之間的距離；[0009]蜂窩區(qū)是由多個(gè)周邊正六邊形從縱向和橫向依次連接構(gòu)成，形成蜂窩狀；在仿生蜂窩型板片均勻密布多個(gè)周邊正六邊形；每個(gè)周邊正六邊形中央設(shè)有一個(gè)中心正六邊形， 中心正六邊形為凸起結(jié)構(gòu)，兩個(gè)周邊正六邊形之間的連接處為凸起結(jié)構(gòu)，從橫向看，多個(gè)周邊正六邊形之間的連接處連接構(gòu)成類波紋結(jié)構(gòu)，凸起的中心正六邊形和類波紋結(jié)構(gòu)之間的周邊正六邊形形成流道。[0010]進(jìn)一步地，所述周邊正六邊形的邊長優(yōu)選為10mm。[0011]所述類波紋結(jié)構(gòu)與中心正六邊形的高度相同。[0012]所述流道到類波紋結(jié)構(gòu)或中心正六邊形的高度為5_7mm。[0013]所述中心正六邊形的寬度與中心正六邊形到類波紋結(jié)構(gòu)的距離之比為1:1。[0014]兩端的導(dǎo)流區(qū)長度之和與中間的蜂窩區(qū)的長度比為2:3。[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)[0016]1、本實(shí)用新型是用于板式換熱器熱交換的元件，兩板片之間由于設(shè)置了中心正六邊形凸起和類波紋結(jié)構(gòu)，使得兩板片相互配合后兩夾層之間形成了空腔，流體在空腔內(nèi)流動過程中，由于受到流道和中心正六邊形以及類波紋結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)地?cái)_動，流體能夠進(jìn)行有效的熱交換，有效的提高熱交換效率；4[0017]2、在通常的工作狀況下，換熱板片除了要求有足夠的強(qiáng)度外，還需要具備一定的剛度，以控制板片的變形過程，使得換熱介質(zhì)在板片通道內(nèi)液層厚度均勻，保證換熱效率。 本實(shí)用新型的蜂窩結(jié)構(gòu)，相互牽制的密集蜂窩猶如許多小工字梁，可分散承擔(dān)來自面板的壓力，使其承壓能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般板片，大大增加了板片的使用工況和范圍，保證了板片的板面在較大面積時(shí)仍能保持不彎曲變形，有助于克服目前波紋板片存在的一些不足，如現(xiàn)有板片的兩側(cè)流體存在較大的壓差時(shí)，容易使板片發(fā)生變形，從而改變流道的流通截面積。[0018]3、整個(gè)板片結(jié)構(gòu)緊湊，耐腐蝕能力強(qiáng)，節(jié)省材料，且中心正六邊形與流道之間的連接處是平滑的過渡，因此可以使用一套模具壓制板片，具有工藝可行性。[0019]4、本實(shí)用新型的目的是在于繼承現(xiàn)有的波紋板片的大部分優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，而本實(shí)用新型的仿生蜂窩型結(jié)構(gòu)擁有很高的強(qiáng)度比和剛度比，具有分散來自板面正方向壓力的能力，使板面受力均勻，板片不易發(fā)生彎曲變形，且蜂窩結(jié)構(gòu)美觀。[0020]
[0021]圖1為基于仿生蜂窩型換熱器板片的主視圖。[0022]圖2為圖1中蜂窩區(qū)的A—A向截面圖。[0023]圖3為基于仿生蜂窩型換熱器板片的蜂窩區(qū)左視圖。[0024]圖4為4塊仿生蜂窩型板片在板式換熱器中的安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
[0025]為進(jìn)一步理解本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施方式對本實(shí)用新型的作詳細(xì)描述，需要說明的是，本實(shí)用新型要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施方式的描述。[0026]如圖1、2、3所示，一種基于仿生蜂窩型換熱器板片，包括導(dǎo)流區(qū)1、密封區(qū)2、蜂窩區(qū)3和邊框4;在邊框4內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流區(qū)1、密封區(qū)2和蜂窩區(qū)3 ；蜂窩區(qū)3兩端分別設(shè)有導(dǎo)流區(qū) 1和密封區(qū)2 ；導(dǎo)流區(qū)1和密封區(qū)2分布在板片兩端；導(dǎo)流區(qū)1和密封區(qū)2分別位于仿生蜂窩型板片一端的兩側(cè)；兩端的導(dǎo)流區(qū)1長度之和與中間的蜂窩區(qū)的長度比優(yōu)選為2:3 ；導(dǎo)流區(qū) 1內(nèi)設(shè)有多塊導(dǎo)流擋板11，導(dǎo)流區(qū)1內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)流流體進(jìn)口 12或流體出口 13 ；導(dǎo)流流體進(jìn)口 12或流體出口 13位于仿生蜂窩型板片兩端的一側(cè)，導(dǎo)流區(qū)1中相對仿生蜂窩型板片端部的一側(cè)設(shè)有多塊間隔分布的導(dǎo)流擋板11，導(dǎo)流擋板11與水平面的傾斜角為30-50°，兩導(dǎo)流擋板11之間形成了導(dǎo)流通道，導(dǎo)流擋板可由沖壓形成，與導(dǎo)流通道形成了凹凸結(jié)構(gòu)； 密封區(qū)2位于仿生蜂窩型板片端部導(dǎo)流區(qū)1的另一側(cè)，[0027]密封區(qū)2的密封形式為密封槽結(jié)構(gòu)，密封區(qū)2內(nèi)設(shè)有多個(gè)密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有墊片，墊片大于兩塊仿生蜂窩型板片之間的距離，通過壓緊兩仿生蜂窩型板片實(shí)現(xiàn)密封。采用密封槽結(jié)構(gòu)密封具有加工成型較為簡單、密封墊片結(jié)構(gòu)簡單、易于粘結(jié)、密封墊片在密封槽內(nèi)的穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。密封槽中根據(jù)流體流動的需要來放置墊片，密封墊片的材料可以選用丁腈橡膠、三元乙丙橡膠和氟橡膠等材料。整個(gè)密封區(qū)的起到了阻止冷熱流體進(jìn)入板片兩側(cè)不同通道的作用，達(dá)到熱交換的目的。[0028]蜂窩區(qū)3是由多個(gè)周邊正六邊形7從縱向和橫向依次連接構(gòu)成，形成蜂窩狀；在仿生蜂窩型板片均勻密布多個(gè)周邊正六邊形7 ；每個(gè)周邊正六邊形7中央設(shè)有一個(gè)中心正六邊形8，中心正六邊形8為凸起結(jié)構(gòu)，兩個(gè)周邊正六邊形7之間的連接處為凸起結(jié)構(gòu)，從橫向看(圖1的左右方式為橫向)，多個(gè)周邊正六邊形7之間的連接處連接構(gòu)成類波紋結(jié)構(gòu)6，凸起的中心正六邊形8和類波紋結(jié)構(gòu)6之間的周邊正六邊形7形成流道5。周邊正六邊形7 的邊長優(yōu)選為10mm，類波紋結(jié)構(gòu)6與中心正六邊形8的都為凸起結(jié)構(gòu)，高度相同，流道5到類波紋結(jié)構(gòu)6或中心正六邊形8的高度優(yōu)選為5-7mm。中心正六邊形8的寬度(I1(中心正六邊形8兩平行邊之間的距離)與中心正六邊形8到類波紋結(jié)構(gòu)6的距離d2之比優(yōu)選為1:1。 蜂窩區(qū)3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成相互牽制的密集蜂窩，如同許多小工字梁，可分散承擔(dān)來自面板的壓力，使其承壓能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般板片，大大增加了板片的使用工況和范圍。同時(shí)，蜂窩區(qū)3的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效地降低流動阻力、使流體分布更均勻。而且，由于蜂窩結(jié)構(gòu)的存在，使得當(dāng)流體流過該結(jié)構(gòu)時(shí)，容易在此處形成漩渦，這樣在流體的流速不變的情況下，增加了流體的湍流程度，換熱過程更加充分。[0029]如圖4所示，基于仿生蜂窩型換熱器板片在換熱器中安裝時(shí)，每2塊仿生蜂窩型板片結(jié)合成一對板，對接邊框構(gòu)成，邊框作用主要是定位和密封。[0030]圖4所示為4塊板片結(jié)合后形成的A-A截面圖，整個(gè)換熱板片的換熱流程為圖中標(biāo)注“冷”的空腔內(nèi)，流動的是冷流體，標(biāo)注“熱”的空腔內(nèi)，流動的是熱流體，冷熱流體在板片兩側(cè)流動，通過板片進(jìn)行換熱。流體(冷、熱流體基本相似)首先由導(dǎo)流流體進(jìn)口 12流入仿生蜂窩型板片一側(cè)，進(jìn)入板片的流體導(dǎo)流區(qū)1，在導(dǎo)流區(qū)1內(nèi)存在導(dǎo)流通道，流體順著導(dǎo)流通道進(jìn)入板片傳熱主區(qū)的蜂窩區(qū)3。多塊導(dǎo)流擋板與水平面的傾斜角為30-50°，使得流體在進(jìn)入換熱區(qū)時(shí)分布均勻。當(dāng)流體要進(jìn)入蜂窩區(qū)3時(shí)，需先經(jīng)過周邊正六邊形的類波紋結(jié)構(gòu)6，再進(jìn)入周邊周邊正六邊形的流動通道5。由于流動通道中間設(shè)置了中心正六邊形， 根據(jù)流體力學(xué)的原理，流體在遇到障礙物(中心正六邊形)時(shí)，會繞過障礙物，在障礙物背面形成漩渦，該漩渦能大大的增加流體的湍流程度，這時(shí)流體的熱量釋放增加，增大仿生蜂窩型板片的傳熱效率。流體流經(jīng)中心正六邊形后，必須再次流過類波紋結(jié)構(gòu)進(jìn)入流體流道，如此反復(fù)，大大的提高了傳熱的有效面積。最后經(jīng)過板片出口的導(dǎo)流區(qū)，由出口出去。
權(quán)利要求1.一種基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于包括導(dǎo)流區(qū)、密封區(qū)、蜂窩區(qū)和邊框；在邊框內(nèi)設(shè)有導(dǎo)流區(qū)、密封區(qū)和蜂窩區(qū)；蜂窩區(qū)兩端分別設(shè)有導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)；導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)分布在板片兩端；導(dǎo)流區(qū)和密封區(qū)分別位于仿生蜂窩型板片兩端的兩側(cè)；導(dǎo)流區(qū)內(nèi)設(shè)有多塊導(dǎo)流擋板，導(dǎo)流區(qū)內(nèi)還設(shè)有導(dǎo)流流體進(jìn)口或流體出口 ；導(dǎo)流流體進(jìn)口或流體出口位于仿生蜂窩型板片兩端的一側(cè)，導(dǎo)流區(qū)中相對仿生蜂窩型板片端部的一側(cè)設(shè)有多塊間隔分布的導(dǎo)流擋板，導(dǎo)流擋板與水平面的傾斜角為30-50°，兩導(dǎo)流擋板之間形成了導(dǎo)流通道；密封區(qū)位于仿生蜂窩型板片端部導(dǎo)流區(qū)的另一側(cè)，密封區(qū)內(nèi)設(shè)有多個(gè)密封槽，密封槽內(nèi)設(shè)有墊片，墊片總高度大于兩塊仿生蜂窩型板片之間的距離；蜂窩區(qū)是由多個(gè)周邊正六邊形從縱向和橫向依次連接構(gòu)成，形成蜂窩狀；在仿生蜂窩型板片均勻密布多個(gè)周邊正六邊形；每個(gè)周邊正六邊形中央設(shè)有一個(gè)中心正六邊形，中心正六邊形為凸起結(jié)構(gòu)，兩個(gè)周邊正六邊形之間的連接處為凸起結(jié)構(gòu)，從橫向看，多個(gè)周邊正六邊形之間的連接處連接構(gòu)成類波紋結(jié)構(gòu)，凸起的中心正六邊形和類波紋結(jié)構(gòu)之間的周邊正六邊形形成流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于所述周邊正六邊形的邊長為10mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于所述類波紋結(jié)構(gòu)與中心正六邊形的高度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于所述流道到類波紋結(jié)構(gòu)或中心正六邊形的高度為5-7mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于所述中心正六邊形的寬度與中心正六邊形到類波紋結(jié)構(gòu)的距離之比為1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于仿生蜂窩型換熱器板片，其特征在于兩端的導(dǎo)流區(qū)長度之和與中間的蜂窩區(qū)的長度比為2:3。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于仿生蜂窩型換熱器板片，包括導(dǎo)流區(qū)、密封區(qū)、蜂窩區(qū)和邊框；蜂窩區(qū)是由多個(gè)周邊正六邊形從縱向和橫向依次連接構(gòu)成，形成蜂窩狀；在仿生蜂窩型板片均勻密布多個(gè)周邊正六邊形；每個(gè)周邊正六邊形中央設(shè)有一個(gè)中心正六邊形，中心正六邊形為凸起結(jié)構(gòu)，兩個(gè)周邊正六邊形之間的連接處為凸起結(jié)構(gòu)，多個(gè)周邊正六邊形之間的連接處連接構(gòu)成類波紋結(jié)構(gòu)，凸起的中心正六邊形和類波紋結(jié)構(gòu)之間的周邊正六邊形形成流道。本實(shí)用新型流體在空腔內(nèi)流動過程中，受到流道和中心正六邊形以及類波紋結(jié)構(gòu)的凹凸結(jié)構(gòu)的擾動，提高了熱交換效率；相互牽制的密集蜂窩猶如許多小工字梁，可分散承擔(dān)來自面板的壓力，增加了板片的使用工況和范圍。
文檔編號F28F3/02GK202255027SQ20112035255
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者吳明泉, 簡棄非 申請人:華南理工大學(xué)