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CN113251833A - 一种换热模块及换热器 - Google Patents

一种换热模块及换热器 Download PDF

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CN113251833A
CN113251833A CN202010086494.5A CN202010086494A CN113251833A CN 113251833 A CN113251833 A CN 113251833A CN 202010086494 A CN202010086494 A CN 202010086494A CN 113251833 A CN113251833 A CN 113251833A
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heat exchange
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plates
exchange module
plate
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Abstract

本发明提供了一种换热模块及换热器，包括框架，在框架内叠装有多块单面肋片换热板，单面肋片换热板的肋片顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板的非肋面，所有相邻单面肋片换热板之间的空隙分别作为冷媒介通道和热媒介通道，且冷媒介通道和热媒介通道分别位于同一单面肋片换热板两侧并通过单面肋片换热板隔开以实现冷媒介通道与热媒介通道相间布置；换热器由一个或多个前述气气换热模块组成。本发明换热模块和换热器的抗变形能力和承压性能优异，还具有换热效率高、抗积灰、阻力低、防硫酸氢铵堵塞、防腐蚀、壁温可调、维修方便、无接触热阻的优点。

Description

一种换热模块及换热器
技术领域
本发明涉及换热设备，具体涉及一种换热模块及换热器。
背景技术
板式换热器属于最典型的间壁式换热器，主要应用于液体-液体之间的换热，业内常称为水水换热，其在所有换热器中占据主导地位，主体结构由换热板片以及板间的胶条组成，其缺点包括体积大、换热效率低、更换胶条价格昂贵。板式换热器有垫片密封式、半焊接式、钎焊式等多种结构，换热过程中的两种换热媒介主要呈逆流流动。如文献CN2062035U对角流传热板式换热器,由两块封板和四片以上传热板片紧密叠压而成，传热板片分甲乙两种,均为矩形,两对角分别开有一对通孔和一对不通孔,两块封板上共开有四个分别与传热板片四个角孔相配合的角孔，冷热两种液体介质分别由封板的两个角孔流经传热板片腹背两面进行热交换并从封板的另两个角孔流出，可以广泛用作各种场合的液-液换热器。为提高板式换热器的换热效率，通常会降低换热板壁厚，而这又会不可避免的降低板式换热器的承压性能（现有常用板式换热器的承压性能大都低于25公斤），导致板式换热器的换热能力和承压性能无法兼顾。再如文献CN208952766U公开了的双面肋片板式换热元件及由其组成的模块化换热器，双面肋片板式换热元件包括基板，基板的正反面上设置有数块呈阵列布置的肋片，每行肋片的相邻两肋片之间具有相同的间距，每列肋片的相邻两肋片之间也具有相同的间距，从而使数块肋片在基板正反面上形成相互间隔相同距离且相互平行排列的结构；模块化换热器由数个换热模块依次顺序安装组成，换热模块包括框架，框架四周布置有数个双面肋片换热元件，相邻两个双面肋片板式换热元件之间通过密封板密封，从而在框架内部形成供空气流通的横向通道，以及在框架外部形成供烟气流通的纵向通道。该换热器虽然具有换热效率高、所需布置空间小、金属耗量小、设备投资建造成本低、几乎不会发生积灰堵塞、漏风小以及排烟温度低等优点，但其抗变形性能仍然有待进一步优化。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种换热能力强、抗变形性能优异的换热模块。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种换热模块，包括框架，在框架上设置有换热媒介进出口，在框架内叠装有多块单面肋片换热板，单面肋片换热板的肋片顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板的非肋面，所有相邻单面肋片换热板之间的空隙分别作为冷媒介通道和热媒介通道，且冷媒介通道和热媒介通道分别位于同一单面肋片换热板两侧并通过单面肋片换热板隔开以实现冷媒介通道与热媒介通道相间布置。
为降低换热媒介阻力，提高换热性能，换热媒介的流动方向与单面肋片换热板的肋片宽度方向平行。
作为优选，同一单面肋片换热板上的肋片朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板上的肋片基本垂直布置（适用于两种换热媒介交叉流）或者基本平行布置（适用于两种换热媒介顺流或逆流）。
作为优选，靠近冷媒介进口和/或冷媒介出口的冷媒介通道采用光壁通道。
作为优选，冷媒介进口位于换热模块的侧部或底部，冷液出口位于换热模块的侧部或顶部；热媒介进口位于换热模块顶部，热媒介出口位于换热模块底部。
作为优选，当相邻单面肋片换热板上的肋片基本平行布置时，冷媒介进口位于换热模块其中一侧部并靠近换热模块底部，冷媒介出口位于冷媒介进口对侧并靠近换热模块的顶部。
作为优选，在热媒介进口处的框架上设置整流板，相邻整流板之间的间隙也作为烟气通道的一部分。
作为优选，单面肋片换热板的肋片与基板一体加工成型，且肋片在基板上呈矩阵错列或顺列布置。相邻单面肋片换热板上肋片的密度（涉及宽度、厚度、肋片之间的横向和纵向间距）和高度由本领域技术人员根据两侧换热介质的物性参数和换热量进行调整匹配，不尽相同，通过调整相邻单面肋片换热板上肋片的密度可以调整单面肋片换热板的壁温。
作为优选，单面肋片换热板的肋片与基板形成20-90°的夹角；单面肋片换热板的肋片厚度截面（沿厚度方向的截面）呈三角形，肋片宽度方向呈矩形，或者肋片翘曲，肋片根部厚度为0.2-1mm。
本发明的目的之二在于提供一种换热器，该换热器由前述一个或多个换热模块组成。
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明换热模块和换热器的换热能力、抗变形能力和承压性能优异，其在兼顾换热能力的情况下能够承受上百公斤的压力，换热板壁温可调，多块单面肋片换热板叠装布置，单面肋片换热板的肋片顶部抵靠与其相邻单面肋片换热板的基板非肋面，相当于为单面肋片换热板增加了多个受力点，使其抗变形能力和承压性能更好，即使在允许范围内将冷媒介通道内的冷媒介压力调高，单面肋片换热板也不会因压力增大而出现变形或弯曲；本发明换热模块和换热器的阻力低，换热媒介流动方向与单面肋片换热板的肋片宽度方向平行，能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板造成的挤压力；本发明换热器结构紧凑、体积小，还具有抗积灰、防硫酸氢铵堵塞、防低温腐蚀、维修方便、无接触热阻等优点。
附图说明
图1是实施例1中换热模块的结构示意图；
图2是图1的侧向视图；
图3是图1的截面(中部区域的纵向剖面)视图；
图4是实施例1中换热模块的单面肋片换热板示意图；
图5是实施例中换热媒介流动方向箭头所示与单面肋片换热板的肋片宽度方向平行的示意图；
图6是实施例2中换热模块的结构示意图；
图7是图6中换热媒介流动方向示意图；
图8是图6的侧向视图；
图9是图7中B-B向视图；
图10是图7中E-E向视图(浅色区域表示冷媒介通道)；
图11是图7中D-D向视图；
图12是实施例3中换热模块的结构示意图；
图13是实施例7中换热模块的结构示意图；
图14是图13的侧向视图；
图15是图13中换热媒介流动方向示意图；
图16是图15中B-B向视图；
图17是图15中E-E向视图；
图18是图15中D-D向视图；
图19是实施例8中板式换热器的结构示意图；
图20是图19中换热媒介流动方向示意图；
图21是图20中E-E向视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例 1
一种换热模块，主要用于气气换热，如图1至图5所示，包括框架1，在框架1内叠装有多块单面肋片换热板2（实质上是将多块单面肋片换热板2层层叠装固定在框架1内），单面肋片换热板2的肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的非肋面（实质上是肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的基板上未设置肋片的平面），所有相邻单面肋片换热板2之间的空隙分别作为空气通道5（即冷媒介通道5）和烟气通道4（即热媒介通道4），且空气通道5和烟气通道4分别位于同一单面肋片换热板2两侧并通过单面肋片换热板2隔开，即任意相邻的两空气通道5之间间隔一烟气通道4，任意相邻的两烟气通道4之间间隔一空气通道5。
如图5所示，换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。这样能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板2造成的挤压力。
如图3所示，同一单面肋片换热板2上的肋片22朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板2上的肋片22基本垂直布置，这样设置是为了使冷媒介（空气）与热媒介（烟气）在换热过程中形成交叉流的同时确保换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。例如图3中所示某一单面肋片换热板上的肋片221竖向布置，与其相邻的单面肋片换热板上的肋片222横向布置，使用时冷媒介（空气）从肋片222旁横向流过，热媒介（烟气）从肋片221旁竖向流过。
本实施例中，靠近空气进口和/或空气出口的空气通道5采用光壁通道，具体是单面肋片换热板2上其中两对侧边部未设置肋片22，以更好地引导换热媒介进出。
本实施例中，空气进口和空气出口分别位于换热模块的两对侧部，烟气进口位于换热模块顶部，烟气出口位于换热模块底部。
本实施例中，在烟气进口处的框架1上设置整流板3，相邻整流板3之间的间隙也作为烟气通道4的一部分，整流板3的高度不低于相邻整流板3之间的间隙的4倍，整流板3用于调整进入换热模块内的烟气流向，确保含尘烟气进入换热模块内后烟气流向与单面肋片换热板2平行，避免烟气对单面肋片换热板2的磨损。
本实施例中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21一体加工成型，且肋片22在基板21上呈矩阵错列或顺列布置。
在具体产品中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21形成20-90°的夹角；单面肋片换热板的肋片截面（沿厚度方向的截面）呈三角形，肋片沿宽度方向呈矩形，肋片根部厚度为0.2-1mm。
本实施例中换热模块在使用时，冷媒介（空气）从换热模块的两对侧部水平方向进出，热媒介（烟气）从换热模块顶部进入，换热后从换热模块底部流出，两种换热媒介采用相互垂直的交叉流方式进行换热。
实施例2
一种换热模块，主要用于气气换热，如图6至图11所示，包括框架1，在框架1内叠装有多块单面肋片换热板2（实质上是将多块单面肋片换热板2层层叠装固定在框架1内），单面肋片换热板2的肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的非肋面（实质上是肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的基板上未设置肋片的平面），所有相邻单面肋片换热板2之间的空隙分别作为空气通道5（冷媒介通道5）和烟气通道4（热媒介通道4），且空气通道5和烟气通道4分别位于同一单面肋片换热板2两侧并通过单面肋片换热板2隔开，即任意相邻的两空气通道5之间间隔一烟气通道4，任意相邻的两烟气通道4之间间隔一空气通道5。
参照实施例1中图5所示，换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。这样能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板2造成的挤压力。
如图10所示，同一单面肋片换热板2上的肋片22朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板2上的肋片22基本平行布置。这样设置是为了使冷媒介（空气）与热媒介（烟气）在换热过程中形成逆流或顺流的同时确保换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。例如图10中所示某一单面肋片换热板上的肋片221横向布置，与其相邻的单面肋片换热板上的肋片222也横向布置，使用时冷媒介（空气）从肋片222旁竖向上流过，热媒介（烟气）也从肋片221旁竖向下流过。
本实施例中，结合图7、图9、图10、图11所示，靠近空气进口和空气出口的空气通道5采用光壁通道，具体是在空气进口处设置有导流框6，空气出口处设置有导流框7，正对导流框6和导流框7的单面肋片换热板2所在部位未设置肋片22，以更好地引导换热媒介进出并实现冷媒介（空气）转向。
本实施例中，空气进口和空气出口分别位于换热模块的两对侧部，烟气进口位于换热模块顶部，烟气出口位于换热模块底部。具体地，空气进口位于换热模块其中一侧部并靠近换热模块底部，空气出口位于空气进口对侧并靠近换热模块的顶部。如图7所示，经空气进口进入的冷媒介（空气）先水平进入换热模块的空气通道5内，然后转向上流，在转向后从空气出口流出，经烟气进口进入的热媒介（烟气）从换热模块顶部进入，换热后从换热模块底部流出，两种换热媒介采用逆流的方式进行换热。
本实施例中，在烟气进口处的框架1上设置整流板3，相邻整流板3之间的间隙也作为烟气通道4的一部分，整流板3的高度不低于相邻整流板3之间的间隙的4倍，整流板3用于调整进入换热器的烟气流向，确保含尘烟气进入换热器之后烟气流向与单面肋片换热板2平行，避免烟气对单面肋片换热板2的磨损。
本实施例中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21一体加工成型，且肋片22在基板21上呈矩阵错列或顺列布置。
在具体产品中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21形成20-90°的夹角；单面肋片换热板的肋片截面（沿厚度方向的截面）呈三角形，肋片沿宽度方向呈矩形，肋片根部厚度为0.2-1mm。
本实施例中换热模块在使用时，冷媒介（空气）从换热模块的两对侧部水平方向进出，热媒介（烟气）从换热模块顶部进入，换热后从换热模块底部流出，两种换热媒介采用逆流方式进行换热。
实施例3
一种换热模块，参照实施例2并结合如图12所示，主要用于气水换热，其与实施例2的主要区别在于：导流框6上增加了带有进水接口8的盖板，导流框7上增加了带有出水接口9的盖板。本实施例中的热媒介为烟气，冷媒介为水。所有相邻单面肋片换热板2之间的空隙分别作为水通道（冷媒介通道5）和烟气通道4（热媒介通道4）。
实施例4：一种换热器，它由一个实施例1中的换热模块组成，即可以采用实施例1中的换热模块作为换热器。
实施例5：一种换热器，它由一个实施例2中的换热模块组成，即可以采用实施例2中的换热模块作为换热器。
实施例6：一种换热器，它由多个实施例1、实施例2或实施例3中的换热模块组成，相邻换热模块可以串联，也可以并联。
实施例7
一种换热模块，主要用于水-水换热，如图13至图18所示，包括框架1，框架1四周设置有封板13，在框架1外围设置有换热液进出口，换热液进出口分别通过封头连接框架1，其中，冷液进口8通过封头71连接框架1，冷液出口9通过封头73连接框架1，热液进口10通过封头74连接框架1，热液出口11通过封头72连接框架1。在框架1内叠装有多块单面肋片换热板2（实质上是将多块单面肋片换热板2层层叠装固定在框架1内），单面肋片换热板2的肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的基板21，具体是单面肋片换热板2的肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的基板21非肋面，且冷液通道5和热液通道4分别位于同一单面肋片换热板2两侧并通过单面肋片换热板2隔开，单面肋片换热板2的肋侧空隙分别作为冷液通道5和热液通道4，且冷液通道5和热液通道4分别通过单面肋片换热板2隔开以实现冷液通道5与热液通道4相间布置，即任意相邻的两冷液通道5之间间隔一热液通道4，任意相邻的两热液通道4之间间隔一冷液通道5；在靠近换热液进出口的框架1内还设置有导流板12，采用导流板12将换热液分别引入对应的换热通道内。
本实施例中，换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。这样能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板2造成的挤压力。如图16-图18所示，同一单面肋片换热板2上的肋片22朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板2上的肋片22基本平行布置。这样设置是为了使冷液与热液在换热过程中形成逆流或顺流的同时确保换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。例如图17中所示某一单面肋片换热板上的肋片221横向布置，与其相邻的单面肋片换热板上的肋片222也横向布置，使用时冷液从肋片222旁竖向上流过，热液也从肋片221旁竖向下流过。
本实施例中，靠近冷夜进口和/或冷夜出口的冷夜通道5采用光壁通道，具体是单面肋片换热板2上其中两对侧边部未设置肋片22，以更好地引导换热媒介进出。本实施例中，冷夜进口8和冷夜出口9分别位于框架1的两对侧部，热夜进口10位于框架1顶部，热夜出口11位于框架1底部。
本实施例中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21一体加工成型，且肋片22在基板21上呈矩阵错列或顺列布置。在具体产品中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21形成20-90°的夹角；单面肋片换热板的肋片截面（沿厚度方向的截面）呈三角形，肋片沿宽度方向呈矩形，肋片根部厚度为0.2-1mm。
本实施例中换热模块在使用时，冷液从换热模块的两对侧部水平方向进出，热液从换热模块顶部进入，换热后从换热模块底部流出，两种媒介采用逆流方式进行换热。
实施例8
一种换热模块，主要用于水-水换热，如图19至图21所示，包括框架1，框架1四周设置有封板13，在框架1外围设置有换热液进出口，换热液进出口分别通过封头连接框架1，其中，冷液进口8通过封头71连接框架1，冷液出口9通过封头73连接框架1，热液进口10通过封头74连接框架1，热液出口11通过封头72连接框架1。在框架1内叠装有多块单面肋片换热板2（实质上是将多块单面肋片换热板2层层叠装固定在框架1内），单面肋片换热板2的肋片22顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板2的基板21非肋面，且冷液通道5和热液通道4分别位于同一单面肋片换热板2两侧并通过单面肋片换热板2隔开，单面肋片换热板2的肋侧空隙分别作为冷液通道5（冷媒介通道5）和热液通道4（热媒介通道4），且冷液通道5和热液通道4分别通过单面肋片换热板2隔开以实现冷液通道5与热液通道4相间布置，即任意相邻的两冷液通道5之间间隔一热液通道4，任意相邻的两热液通道4之间间隔一冷液通道5；在靠近换热液进出口的框架1内还设置有导流板12，采用导流板12将换热液分别引入对应的换热通道内。
本实施例中，换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。这样能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板2造成的挤压力。参照图16-图18所示，同一单面肋片换热板2上的肋片22朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板2上的肋片22基本平行布置。这样设置是为了使冷液与热液在换热过程中形成逆流或顺流的同时确保换热媒介的流动方向与单面肋片换热板2的肋片22宽度方向平行。例如图17中所示某一单面肋片换热板上的肋片221横向布置，与其相邻的单面肋片换热板上的肋片222也横向布置，使用时冷液从肋片222旁竖向上流过，热液也从肋片221旁竖向下流过。靠近冷夜进口和/或冷夜出口的冷夜通道5采用光壁通道，具体是单面肋片换热板2上其中两对侧边部未设置肋片22，以更好地引导换热媒介进出。
本实施例中，如图20所示，冷夜出口9和热夜进口10同时位于框架1顶部，冷夜进口8和热夜出口11同时位于框架1底部，且冷夜出口9与冷夜进口8、热夜进口10与热夜出口11各自呈对角布置。
本实施例中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21一体加工成型，且肋片22在基板21上呈矩阵错列或顺列布置。在具体产品中，单面肋片换热板2的肋片22与基板21形成20-90°的夹角；单面肋片换热板的肋片截面（沿厚度方向的截面）呈三角形，肋片沿宽度方向呈矩形，肋片根部厚度为0.2-1mm。另外，肋片还可以设置成翘曲形状。
本实施例中换热模块在使用时，冷液从换热模块底部上流，换热后从换热模块底部顶部流出，热液从换热模块顶部下流，换热后从换热模块底部流出，两种媒介采用逆流方式进行换热。
本发明换热模块和换热器的换热能力、抗变形能力和承压性能优异，其在兼顾换热能力的情况下能够承受上百公斤的压力，换热板壁温可调，多块单面肋片换热板叠装布置，单面肋片换热板的肋片顶部抵靠与其相邻单面肋片换热板的基板非肋面，相当于为单面肋片换热板增加了多个受力点，使其抗变形能力和承压性能更好，即使在允许范围内将冷媒介通道内的冷媒介压力调高，单面肋片换热板也不会因压力增大而出现变形或弯曲；本发明换热模块和换热器的阻力低，换热媒介流动方向与单面肋片换热板的肋片宽度方向平行，能够将通道内阻碍换热媒介流动的阻力降至最低，便于换热媒介快速流过，能够进一步减小气流对单面肋片换热板造成的挤压力；本发明换热器结构紧凑、体积小，还具有抗积灰、防硫酸氢铵堵塞、防低温腐蚀、维修方便、无接触热阻等优点。

Claims (10)

1.一种换热模块，包括框架（1），在框架（1）上设置有换热媒介进出口，其特征在于：在框架（1）内叠装有多块单面肋片换热板（2），单面肋片换热板（2）的肋片（22）顶部抵靠与其相邻的单面肋片换热板（2）的非肋面，所有相邻单面肋片换热板（2）之间的空隙分别作为冷媒介通道（5）和热媒介通道（4），且冷媒介通道（5）和热媒介通道（4）分别位于同一单面肋片换热板（2）两侧并通过单面肋片换热板（2）隔开以实现冷媒介通道（5）与热媒介通道（4）相间布置。
2.根据权利要求1所述的换热模块，其特征在于：换热媒介的流动方向与单面肋片换热板（2）的肋片（22）宽度方向平行。
3.根据权利要求1或2所述的换热模块，其特征在于：同一单面肋片换热板（2）上的肋片（22）朝相同方向布置，相邻单面肋片换热板（2）上的肋片（22）基本垂直布置或者基本平行布置。
4.根据权利要求3所述的换热模块，其特征在于：靠近冷媒介进口和/或冷媒介出口的冷媒介通道（5）采用光壁通道。
5.根据权利要求4所述的换热模块，其特征在于：冷媒介进口位于换热模块的侧部或底部，冷液出口位于换热模块的侧部或顶部；热媒介进口位于换热模块顶部，热媒介出口位于换热模块底部。
6.根据权利要求5所述的换热模块，其特征在于：当相邻单面肋片换热板（2）上的肋片（22）基本平行布置时，冷媒介进口位于换热模块其中一侧部并靠近换热模块底部，冷媒介出口位于冷媒介进口对侧并靠近换热模块的顶部。
7.根据权利要求6所述的换热模块，其特征在于：在热媒介进口处的框架（1）上设置整流板（3），相邻整流板（3）之间的间隙也作为热媒介通道（4）的一部分。
8.根据权利要求7所述的换热模块，其特征在于：单面肋片换热板（2）的肋片（22）与基板（21）一体加工成型，且肋片（22）在基板（21）上呈矩阵错列或顺列布置。
9.根据权利要求8所述的换热模块，其特征在于：单面肋片换热板（2）的肋片（22）与基板（21）形成20-90°的夹角；单面肋片换热板（2）的肋片（22）厚度截面呈三角形，肋片（22）宽度方向呈矩形，或者肋片（22）翘曲，肋片（22）根部厚度为0.2-1mm。
10.一种换热器，其特征在于：所述换热器由一个或多个如权利要求1-9任一项所述的换热模块组成。
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