[发明专利]热交换装置

说明书

本发明涉及热交换装置，尤其涉及带传热肋片之类传热片的片管式热交换装置的传热特性的改善。

美国专利3796258公开了一种片管式热交换装置，该种装置由多根传热管与多片带有许多通孔的传热片组成，这些传热片以一定的间隔彼此平行叠置，在相邻的传热片间形成第1种介质流通的通道，传热片沿该介质的流动方向周期性地弯曲地浅齿波纹板状，且波纹的相位同步，而传热管内有第2种介质流过，与上述第1种介质进行热交换。第1种介质沿着波纹状的传热片流动时，由于传热片上设有多个沿介质的流动方向其中心对齐的通孔，介质的相当部分便会穿过通孔从传热片的一侧流到传热片的另一侧，并冲击下游的管道，从而破坏沿传热片表面形成的边界层，在介质中产生紊流，因此可以提高传热性能。但是，由于通孔的存在使介质的压力损失增大，而压力损失的大小是除了传热性能之外，评价热交换器性能的另一个重要指标，压力损失大的热交换器决不是高性能的热交换器。并且，该专利文献没有给出传热片弯曲波纹的形状或周期长度等的最佳参数，而弯曲波纹的形状及弯曲的周期长度等参数都会影响介质的流动状况，从而影响传热性能和介质的压力损失。

本发明的目的在于，找出传热片较合适的弯曲波纹形状，及在该种波纹形状时，其弯曲波纹的周期长度等的最佳参数，从而提供一种传热性能既高、压力损失也小的高性能的热交换装置。

本发明的热交换装置，由多根传热管与多片带有许多通孔的、彼此互相平行设置的传热片组成，一种介质沿着传热片之间的通道流过传热管的外表面，另一种介质流经传热管的内部，该传热片沿前一种介质的流动方向周期性地弯曲成大致为梯形波纹板状，波纹的相位同步，该梯形的形状和传热片具体结构尺寸的选择使上述第1种介质主要从传热片间的通道内流过，传热片梯形波纹半个周期的长度l和传热片整个长度L的比值小于0.3，且梯形波纹半个周期长度l大于2.5毫米。

利用具有上述结构特点的传热片，可以获得传热性能高且压力损失小的高性能的热交换装置。

本发明的效果将在下面作进一步说明。

第1图是本发明实施例中传热片部分的局部透视图，第2图是图1所示结构的传热片与现有传热片的传热特性的比较图，第3图是弯曲流道流动方向的壁面压力变化的说明图，第4是本发明一个实施例的局部剖面图，第5图是本发明所涉及的传热片的局部剖面图，第6图至第9图是本发明实施例的传热特性图，其中，第6图表明了传热片波纹半周期长度与传热片总长度的比值对传热特性的影响，第7图表明了传热片的通孔外径对传热特性的影响，第8图表明了传热片开孔率对传热特性的影响，第9图表明了传热片斜面的倾斜角度对传热管外热交换系数与风压损失比值的影响，第10图是另一实施例涉及的传热片的重要部分透视图，第11图及第12图分别是现有的传热片的局部透视图和剖面图。

第11图所示的是现有热交换装置所使用的一种传热片。图中，传热片（1）沿流体（A）的流动方向（箭头所示方向）平行设置，这种传热片可以是传热肋片、吸热片或散热片等。此处的传热片为无孔梯形波纹板。

第12图中多平板状的传热片（1）沿流体（A）的流动方向（用箭头表示）平行设置。这样的传热片称为平行平板。

第1图所示的本发明实施例中的传热片是在第11图所示的传热片上设置了多个通孔（3）而形成的，称为多孔梯形波纹板。

第2图是上述三种传热片的传热特性比较图，其中无孔梯形波纹板的特性用▲标记表示，平行平板的特性用●标记表示，而多孔梯形波纹板的特性用△表示。在图中，横轴及纵轴的无量纲参数为：

Re＝V·De/ν：雷诺数

Nu＝x·De/λ：努塞尔数

其中，V：传热片间第一种介质的最大流速

De：传热面间间距的2倍

x：热交换系数

ν：流体的动粘性系数

λ：流体的导热率

从第2图可知，无孔梯形波纹板与平行平板显示出几乎相同的传热特性。对于无孔梯形波的纹板状的传热片来说，由于流体是沿传热片流动的，所以可以认为与平行平板的传热特性差不多。而多孔梯形波纹板的传热特性与前两种传热片相比，可以看出其传热特性得到了改善。

其原因如下。

第3图摘自泉他，《波形流道内的流动及传热》一文，载于《日本机械学会论文志》Vo.146，No.412。第3图（a）给出波形流道的剖面，（10a）及（10b）是弯折壁。