CN106197094A - 一种换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换热器，通过在第一孔口和第二孔口之间设置具有导流作用的异形凸起，流体在板片上的两侧都能够均匀分布，对应的提高的换热器的换热性能，可以使换热器的宽度增加，板片的长宽比可以小于等于3。不仅换热器的换热性能高，而且可以使换热器实现小型化。

Description

一种换热器

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，特别涉及板式换热器。

背景技术

板式换热器被定义为传热元件由流通板片组成的换热器，流通板片是其核心部件，常见的板片类型有：人字形波纹、水平平直波纹、球形波纹、斜波纹和竖直波纹等，其中人字形波纹板片应用最广。为了增强板式换热器的换热效果，人们对其流通板片结构进行了不断的研发和改进。

相比于传统的换热器，板式换热器的结构十分紧凑；多用铝合金材料制造，十分轻巧；同时由于流通板片的高导热性，使得板式换热器具有很高的效率。因此，板式换热器的适应性很强，可以用于各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热；通过流道的布置和组合能够适应逆流、错流、多股流和多程流等不同的换热工况；通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。

目前，板式换热器被广泛应用于空分设备、石油化工、制冷及低温领域、汽车和航空工业等领域。

随着对换热器使用要求的不断提高，板式换热器的换热性能也需要进一步增强。这就要求我们对板式换热器进行结构上的优化，以得到加工合格率更高、生产成本更低、换热性能更强的板式换热器。

但现有板式换热器中普遍存在内部通道内流体分布不均匀的现象，降低板片有效换热面积，即板片利用率较低。

因此，如何有效的解决换热器内部通道内流体分布不均的问题是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种换热器，能够有效的解决上述技术问题。

本发明提供一种换热器，包括换热器芯体，所述换热器芯体包括相互间隔层叠设置的若干个第一流通板和若干个第二流通板，各所述第一流通板和第二流通板之间形成有相互间隔设置的第一流通通道和第二流通通道，在所述第一流通板和第二流通板上分别设置有至少两个第一孔口和至少两个第二孔口，所述第一流通板和第二流通板的中部为主换热区域，在所述第一流通板和/或第二流通板的主换热区域的上下两侧区域中的至少一侧设置有导流区域，所述导流区域位于两相邻的所述第一孔口和第二孔口之间，所述导流区域设置有至少一个异形凸起，所述主换热区域上设置有波纹凸起；所述异形凸起和所述波纹凸起上分别形成有夹角，所述异形凸起的夹角大于所述波纹凸起的夹角，且所述异形凸起的夹角相对于所述波纹凸起的夹角具有朝向所述第一孔口侧的一定角度的偏移；

所述第一流通板和第二流通板的长宽比小于等于3，且大于等于0.6。

所述第一流通板和第二流通板为同一形状结构的板片，在所述换热器芯体上，所述第一流通板相对于第二流通板旋转180°；

所述板片包括板平面以及包围住板平面的翻边，所述第一孔口位于所述板平面的两个角部，在所述板平面的另两个角部上分别形成有凸出于板平面一定高度的凸台：第一凸台和第二凸台，在板片反面相对应的位置上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑，所述第二孔口形成于所述凸台上；所述导流区的异形凸起的两端部分别与相邻的所述第一孔口和凸台的边缘保持一定的距离d1，且d1大于等于1mm；

所述波纹凸起包括一弯曲部，所述异形凸起的两端分别位于所述弯曲部的两侧。

所述板片包括位于板片中部的第一区域以及位于第一区域上下两侧区域的第二区域和第三区域，其中所述第一区域为所述主换热区域，所述第二区域为所述导流区域；所述第二区域上形成有至少一个凸出于所述板平面一定距离的所述异形凸起，相对应的，在板片反面的相对应区域上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑，所述异形凸起的高度与所述第一凸台的高度大致相同。

以通过所述异形凸起夹角的顶点的垂线为界，所述异形凸起夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a1和靠近所述第一孔口的夹角a2，并且a2≥a1，a2≤90。

所述第二区域包括多个异形凸起，以通过所述异形凸起夹角的顶点的垂线为界，所述异形凸起夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a1和靠近所述第一孔口的夹角a2，所述异形凸起越靠近所述第一区域所述异形凸起的夹角越小，在朝向所述第一区域的方向上，所述各异形凸起上的各a1相同，a2递减。

所述第三区域也为所述导流区域，所述第三区域上形成有至少一个凸出于所述板平面一定距离的第二异形凸起，所述第二异形凸起的高度与所述第二凸台的高度大致相同，所述第二异形凸起的端部分别与相邻的所述第一孔口和第二凸台的边缘保持一定的距离。

所述第二异形凸起夹角大于所述波纹凸起的夹角，所述第二异形凸起的夹角大于所述波纹凸起的夹角，且所述第二异形凸起的夹角相对于所述波纹凸起的夹角具有朝向所述第一孔口侧的一定角度的偏移。

以通过所述第二异形凸起的夹角顶点的垂线为界，所述第二异形凸起的夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a3和靠近所述第一孔口的夹角a4,并且夹角a4大于等于夹角a3，且90°≤a4≤a3+90°。

所述第三区域包括多个所述第二异形凸起，并且在朝向所述第一区域的方向上，各所述第一异形凸起上的夹角a3的角度相同，夹角a4的角度递增。

所述第一区域上形成有多个凸出于所述板平面一定距离的所述波纹凸起，在所述板片反面的相对应区域形成有凹坑，所述波纹凸起为单人字形波纹凸起，所述波纹凸起的高度与所述凸台的高度大致相同，各所述波纹凸起的宽度d4大致相同；

两所述第一孔口位于所述板片的同一侧，两所述第二孔口位于所述板片的另一侧。

本发明提供的换热器，通过在第一孔口和第二孔口之间设置具有导流作用的异形凸起，流体在板片上的两侧都能够均匀分布，对应的提高的换热器的换热性能，可以使换热器的宽度增加，板片的长宽比L/W可以小于等于3。不仅换热器的换热性能高，而且可以使换热器实现小型化。

附图说明

图1是本发明换热器一实施例的立体结构示意图。

图2是图1所示换热器的换热器芯体中的板片结构示意图。

图3是图2所示板片的一局部示意图。

图4是图2所示板片的另一局部示意图。

图5是图2所示板片的又一局部示意图。

图6是两相邻图2所示板片组装后在A-A处的剖视示意图。

图7是图2所示板片上的流体流动路径示意图。

图8是两相邻图2所示板片组装后的透视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行具体说明。

图1是本发明换热器的一实施例的立体示意图，如图1所示，在本实施例中，换热器包括换热器芯体6、端板5以及第一外接管1、第二外接管2、第三外接管3和第四外接管4。

换热器芯体6包括相互间隔层叠设置的若干个第一流通板和若干个第二流通板，各第一流通板和第二流通板之间形成有相互间隔设置的第一流通通道和第二流通通道，第一流通通道和第二流通通道之间相互不连通。相互间隔层叠设置的若干个第一流通板和若干个第二流通板配合安装形成为换热器芯体6。进一步的，为了增加流体在第一流通通道和第二流通通道中的扰流性能，第一流通板和第二流通板采用形成有波纹状或者酒窝状的凹凸结构。

进一步的，为了降低成本，第一流通板和第二流通板为同一形状结构的板片20，叠装时，第一流通板相对于第二流通板旋转180°进行叠装。为了便于理解，下面仅以板片20进行说明。

如图所示，板片20包括板平面21以及包围住板平面的翻边22，在板平面21的其中两个角部形成有两个第一孔口26，在板平面21的另两个角部上分别形成有凸出于板平面21一定高度的凸台：第一凸台281和第二凸台282，相对应的，在板片20的反面上会形成有下凹于板平面一定距离的凹坑。在各凸台上形成有第二孔口27。其中，凸台凸起于板平面21的方向与翻边22凸起于板平面21的方向相反。这里将板片上具有凸台的一面定义为正面，另一面则为反面。

板片20还包括位于板片20上下两边的第二区域24和第三区域25、以及位于板片20中部的第一区域23，其中第二区域24和第三区域25位于第一孔口26和第二孔口27之间，第一区域23位于第二区域24和第三区域25之间。其中第一区域主换热区域，所述第二区域和第三区域可以为导流区域。

第一区域23上形成有多个凸出于板平面21一定距离的波纹凸起231，相对应的，在板片20的反面上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑。进一步的，波纹凸起231为包括一弯曲部232的单人字形波纹凸起，其中人字形波纹凸起231两人字行边形成夹角Y。为了提高换热器的换热性能，人字形波纹凸起231延伸至板平面21与翻边22的交汇处，从而使两相邻板片20之间形成的热交换区域较大且使流体能够在板片的边缘部分流动均匀。各人字形波纹凸起231相互间隔一定距离排列，各人字形波纹凸起231之间形成有供流体流通的板平面21。

进一步的，第一区域23上的各人字形波纹凸起231的宽度d4大致相同，波纹凸起231的凸起与板平面21的高度与凸台28凸起于板平面21的高度相同。

其中，如图8所示，两相邻板片叠装在一起时，相邻板片20之间形成有供流体流动的流体通道，流体通道包括板片20正面上的第一区域23的板平面与反面上的凹坑，并且第一区域23上的波纹凸起与相邻板片20反面的板平面接触位置可以通过焊接固定形成有焊点。

如图3和图4所示，在第二区域24上形成有至少一个凸出于板平面21一定距离的第一异形凸起241，相对应的，在板片20的另一面上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑。进一步的，第一异形凸起241的凸起于板平面21的高度与第一凸台281凸起于板平面21的高度大致相同。

第一异形凸起241位于板片20同一侧的第一孔口26和第二孔口27之间，且第一异形凸起241的端部分别与第一孔口26和第一凸台281的边缘保持一定的距离，从而使一部分流体在第一异形凸起241的引导下，能够从第一孔口26流向第一凸台281边缘处区域。

具体的，第一异形凸起241上包括至少两条凸起部，其中各凸起部可以是直线型也可以是曲线型，各凸起部连接形成第一异形凸起241。通过各凸起部组成的第一异形凸起241可以大致的通过两条直线拟合成一个夹角X，这里将该拟合的夹角X定义为第一异形凸起241的夹角X。并且，第一异形凸起241的夹角X位于其弯曲部上，且夹角X大于人字形波纹凸起231在弯曲部的夹角Y，夹角X的开口朝向与夹角Y的开口朝向大致相同，且夹角X相对于夹角Y具有朝向第一孔口26侧的一定角度的偏移。这样，使第一孔口26中出来的流体能够更平滑的通过各第一异形凸起241之间的板平面21流向凸台28边缘附近的板平面区域，从而提高流体的分配均匀性，提高换热器的换热性能。

并且，第一异形凸起241的两端部分别位于弯曲部232的两侧，这样更有利于引导流体均匀分布。

进一步的，第一异形凸起241的夹角X可以被通过夹角X顶点的垂线分割为两部分，分别为靠近第二孔口27的夹角a1和靠近第一孔口的夹角a2，并且夹角a2大于等于夹角a1，a2小于等于90°。这样，能够提高第一异形凸起241的导流性能，使流体能够顺利的流向凸台28边缘附近区域，使流体均匀分配，提高换热器的换热性能。进一步的，通过夹角X顶点的垂线也经过夹角Y的顶点，更进一步的，通过夹角X顶点的垂线位于板片20的中心部位附近，使换热器的换热区域分布合理，使换热器的换热性能较好。

进一步的，第二区域24包括至少两个第一异形凸起241，并且第一异形凸起241上的夹角越靠近第一区域23越小。进一步的，第二区域24包括多个第一异形凸起241，各第一异形凸起241上的夹角a1的角度相同，在朝向第一区域23的方向上，夹角a2的角度递减，且远离第一区域23的夹角a2可以大于90°。

为了使通过第二区域24的流体能够顺利且顺畅的沿着第一凸台281边缘附近区域流向第一区域23，第一凸台281边缘与第二区域24上的第一异形凸起241的端部之间至少保持一定距离d1，使第一凸台281边缘与第二区域24之间形成有供流体流动的板平面21，其中将d1定义为第一凸台281边缘与第二区域24上的第一异形凸起241的端部之间的最小距离值。进一步的，第一凸台281边缘与第一区域23上的人字形波纹凸起231之间至少保持一定距离d2，使第一凸台281边缘与第一区域23之间形成有供流体流动的板平面21，其中，d2定义为第一凸台281边缘与第一区域23上的与第一凸台281相邻的人字形波纹凸起231之间的最小距离值，并且d2≥1mm。并且，经过第二区域24的流体，一部分直接流向第一区域23，另一部分流向第一流道211，所以，使最小距离d1大于最小距离d2，使流体的流动顺畅，具体的，1mm≤d2≤d1。这样，在第一凸台281边缘形成有一狭长的、供流体流动的第一流道211，一部分流体通过第二区域24后，可以沿着第一流道211流动，从而使流体从第一孔口26侧流向第二孔口27侧，可以防止流体在两相邻板片20间流动时在第一孔口26侧流量大而第二孔口27侧流量小，使流体能够更均匀分布且流体流阻较小，从而提高换热器的换热性能。

如图5所示，在第三区域25上形成有至少一个凸出于板平面21一定距离的第二异形凸起251，相对应的，在板片20的另一面上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑。进一步的，第二异形凸起251的凸起于板平面21的高度与凸台凸起于板平面21的高度大致相同。

第二异形凸起251位于板片20上同一侧的第一孔口26和第二孔口27之间，且与第一异形凸起241相对设置。使两相邻板片叠装时，第二区域24和第三区域25之间有交集，使流体可以从一板片20正面的板平面流向相邻板片20反面的凹坑，或者从一板片20反面的凹坑流向相邻板片20正面的板平面。

并且第二异形凸起251的端部分别与第一孔口26和第二凸台282的边缘保持一定的距离，且第二异形凸起251的端部分别位于弯曲部232的两侧，从而使一部分流体在第二异形凸起251的引导下，能够从第二凸台282的边缘流向第一孔口26。

具体的，第二异形凸起251上也形成有夹角Z，其中夹角Z的定义与夹角X的定义相类似，不再详述。并且，第二异形凸起251的夹角Z大于人字形波纹凸起231在弯曲部的夹角Y，夹角Z与夹角Y的开口方向呈大致相反设置。这样，使第二凸台282边缘附近的板平面区域过来的流体能够更平滑的通过各第二异形凸起251之间的板平面21流向第一孔口26，从而提高流体的分配均匀性，提高换热器的换热性能。

进一步的，第二异形凸起251的夹角Z也可以被通过夹角Z顶点的垂线分割为两部分，分别为靠近第二孔口27的夹角a3和靠近第一孔口的夹角a4，并且夹角a4大于等于夹角a3，且90°≤a4≤a3+90°。这样，能够提高第二异形凸起251的导流性能，使流体能够顺利的从第二凸台282边缘附近区域流向第一孔口26，使流体均匀分配，从而提高换热器的换热性能。

进一步的，第三区域25包括至少两个第二异形凸起251，并且第二异形凸起251上的夹角越靠近第一区域23越小。进一步的，第三区域25包括多个第二异形凸起251，各第一异形凸起241上的夹角a3的角度相同，在朝向第一区域23的方向上，夹角a4的角度递增。

与第二区域24类似，第二凸台282边缘与第三区域25上的第二异形凸起251的端部之间至少保持一定距离，使第二凸台282边缘与第三区域25之间形成有供流体流动的板平面21。

进一步的，第二凸台282边缘与第一区域23上的人字形波纹凸起231之间至少保持一定距离d3，使第二凸台282边缘与第一区域23之间形成有供流体流动的板平面21，其中d3为第二凸台282边缘与第一区域23上与第二凸台282相邻的人字形波纹凸起边缘之间的最小距离值。这样，在第二凸台282边缘区域处形成有一狭长的、供流体流动的第二流道212，流体通过第一区域23后，可以沿着第二流道212流动，从而使流体在第三区域的导流下，从第二孔口27侧流向第一孔口26侧，使流体能够更均匀分布且流阻较低，从而提高换热器的换热性能。

进一步的，d3与d2大致相同，且1mm≤d3≤d4。这样，使流体从一侧第一孔口26流向另一侧的第一孔口26时，特别是，当两第一孔口26位于板片20的同一侧时(简称为单边流换热器)，通过d1、d2和d3的设置，在流体的流动过程中，特别是流入和流出的阶段，可以起到较好的导流作用，可以使流体能够在板片的两边均匀分布，提高换热器的换热性能。

由于流体能够在板片内较为均匀的分配，对应的提高的换热器的换热性能，所以可以使换热器实现小型化。特别是在单边流换热器中，由于设置了具有导流作用的第二区域24和第三区域25，流体在板片上的两侧都能够均匀分布，从而可以使换热器的宽度增加仍然能够实现流体在板片上均匀分布，具体的，板片的长宽比L/W可以大于等于0.6且小于等于3，其中板片的长度和宽度指不包含翻边22部分的长度和宽度。这里将板片上两第一孔口或者两第二孔口所在一侧定义为板片的长度侧，将板片上第一孔口和第二孔口所在一侧定义为板片的宽度侧。

如图8所示，两板片叠装时，相邻板片20之间形成有供流体流动的流体通道，板片20正面上的第一区域23的板平面与反面上的凹坑形成为流体通道，并且在板片20的正面的第一区域23上的波纹凸起与相邻板片反面的板平面接触位置通过焊接固定形成有焊点235。在焊点235部位处，流体无法流动，焊点部位能够起到扰流的作用。

在现有技术中，由于板片20的第一区域中的人字形波纹凸起231中存在弯曲部232，当两板片20叠装在一起时，普遍存在在弯曲部232处的焊点235较大，从而致使在弯曲部232处的流体流量较少，甚至无流体通过，从而导致流体流量分配不均，降低了换热器的换热性能。

如图6和图7所示，在本实施例中，当第一板片201和第二板片202叠装在一起时，在第一区域23中，第二板片202上的至少一个波纹凸起231在弯曲部232附近不与第一板片201反面上的板平面接触，也就是第一板片201的第一区域23上的弯曲部232的至少一个波峰234与第二板片202的第一区域23上的弯曲部232的波峰234相遇，使第一板片201和第二板片202的第一区域23上的弯曲部之间形成有至少一个第三流道236。从而提高流体在中间部位的流动性，防止在弯曲部形成较大的焊点，使流体在换热器中较为均匀分配，提高换热器的换热性能。

进一步的，第一板片201的第一区域23上的至少2/3的弯曲部232的波峰234与第二板片202的第一区域23上的弯曲部232的波峰234相遇，第二板片202上的至少1/3波纹凸起231在弯曲部232附近与第一板片201反面上的板平面接触可以形成焊点。这样，既能够防止在弯曲部附近形成较大的焊点而导致降低流体流通面积的问题，又能够防止流体在弯曲部附近形成较大流量的问题，提高在弯曲部的扰流性能，从而提高换热器的换热性能。

以上所述，仅是本发明的具体实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种换热器，包括换热器芯体，所述换热器芯体包括相互间隔层叠设置的若干个第一流通板和若干个第二流通板，各所述第一流通板和第二流通板之间形成有相互间隔设置的第一流通通道和第二流通通道，在所述第一流通板和第二流通板上分别设置有至少两个第一孔口和至少两个第二孔口，所述第一流通板和第二流通板的中部为主换热区域，其特征在于，在所述第一流通板和/或第二流通板的主换热区域的上下两侧区域中的至少一侧设置有导流区域，所述导流区域位于两相邻的所述第一孔口和第二孔口之间，所述导流区域设置有至少一个异形凸起，所述主换热区域上设置有波纹凸起；所述异形凸起和所述波纹凸起上分别形成有夹角，所述异形凸起的夹角大于所述波纹凸起的夹角，且所述异形凸起的夹角相对于所述波纹凸起的夹角具有朝向所述第一孔口侧的一定角度的偏移；

所述第一流通板和第二流通板的长宽比小于等于3，且大于等于0.6。

2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述第一流通板和第二流通板为同一形状结构的板片，在所述换热器芯体上，所述第一流通板相对于第二流通板旋转180°；

所述板片包括板平面以及包围住板平面的翻边，所述第一孔口位于所述板平面的两个角部，在所述板平面的另两个角部上分别形成有凸出于板平面一定高度的凸台：第一凸台和第二凸台，在板片反面相对应的位置上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑，所述第二孔口形成于所述凸台上；所述导流区的异形凸起的两端部分别与相邻的所述第一孔口和凸台的边缘保持一定的距离d1，且d1大于等于1mm；

所述波纹凸起包括一弯曲部，所述异形凸起的两端分别位于所述弯曲部的两侧。

3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述板片包括位于板片中部的第一区域以及位于第一区域上下两侧区域的第二区域和第三区域，其中所述第一区域为所述主换热区域，所述第二区域为所述导流区域；所述第二区域上形成有至少一个凸出于所述板平面一定距离的所述异形凸起，相对应的，在板片反面的相对应区域上形成有下凹于板平面一定距离的凹坑，所述异形凸起的高度与所述第一凸台的高度大致相同。

4.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，以通过所述异形凸起夹角的顶点的垂线为界，所述异形凸起夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a1和靠近所述第一孔口的夹角a2，并且a2≥a1，a2≤90。

5.根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述第二区域包括多个异形凸起，以通过所述异形凸起夹角的顶点的垂线为界，所述异形凸起夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a1和靠近所述第一孔口的夹角a2，所述异形凸起越靠近所述第一区域所述异形凸起的夹角越小，在朝向所述第一区域的方向上，所述各异形凸起上的各a1相同，a2递减。

6.根据权利要求3至5任一项所述的换热器，其特征在于，所述第三区域也为所述导流区域，所述第三区域上形成有至少一个凸出于所述板平面一定距离的第二异形凸起，所述第二异形凸起的高度与所述第二凸台的高度大致相同，所述第二异形凸起的端部分别与相邻的所述第一孔口和第二凸台的边缘保持一定的距离。

7.根据权利要求6所述的换热器，其特征在于，所述第二异形凸起夹角大于所述波纹凸起的夹角，所述第二异形凸起的夹角大于所述波纹凸起的夹角，且所述第二异形凸起的夹角相对于所述波纹凸起的夹角具有朝向所述第一孔口侧的一定角度的偏移。

8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，以通过所述第二异形凸起的夹角顶点的垂线为界，所述第二异形凸起的夹角分为靠近所述第二孔口的夹角a3和靠近所述第一孔口的夹角a4,并且夹角a4大于等于夹角a3，且90°≤a4≤a3+90°。

9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第三区域包括多个所述第二异形凸起，并且在朝向所述第一区域的方向上，各所述第一异形凸起上的夹角a3的角度相同，夹角a4的角度递增。

10.根据权利要求9所述的换热器，其特征在于，所述第一区域上形成有多个凸出于所述板平面一定距离的所述波纹凸起，在所述板片反面的相对应区域形成有凹坑，所述波纹凸起为单人字形波纹凸起，所述波纹凸起的高度与所述凸台的高度大致相同，各所述波纹凸起的宽度d4大致相同；

两所述第一孔口位于所述板片的同一侧，两所述第二孔口位于所述板片的另一侧。