[發明專利]一種折彎通道式高效換熱結構

在審

• 申請號: 202010950902.7
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN111928711A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 陳立德
• 申請（專利權）人: 寧波錦心節能環保科技有限公司
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00;F28F13/06;F28F13/12
• 代理公司: 廣州博士科創知識產權代理有限公司 44663
• 代理人: 陳丹丹

本發明公開了一種折彎通道式高效換熱結構，基于卡門渦旋的形成原理，把流體通道設計成多道折彎式通道結構，每道折彎形成兩種換熱模式的平面：AB面處于流體流動方向的正面，強制改變了流體的運動方向而受到正面沖擊，從而不斷地以新的流體替換驅離AB面表面的流體，極好的強化了換熱效果；BC面則形成卡門渦旋，通過卡門渦旋使流體通道中心處的高溫流體有規律的向換熱壁面運動并和換熱壁面進行熱交換，從而進一步提高了換熱效率。本發明的換熱結構和紊流不同，紊流強調的是換熱面表面形成紊流來強化換熱效果，而本發明通過將流體通道設計為多道折彎結構，通過加強流體沖擊和卡門渦旋混流的雙重作用來提升換熱效果，可以將換熱效率做95％以上。

技術領域

本發明涉及換熱器技術領域，特別是涉及一種基于卡門渦旋形成原理設計的折彎通道式高效換熱結構，可以大大提升間壁式換熱器的換熱效率。

背景技術

換熱器是基于不同溫度的兩種或兩種以上流體間實現物料之間熱量傳遞的節能設備，被廣泛用于石油、化工、冶金、電力、船舶、集中供暖、制冷空調、機械、食品、制藥等領域。

適用于不同介質、不同工況、不同溫度、不同壓力的換熱器，其結構型式也有所不同。按傳熱原理的不同，換熱器具體可以分為以下幾類：間壁式換熱器、蓄熱式換熱器、流體連接間接式換熱器、直接接觸式換熱器和復式換熱器等。其中，間壁式換熱器是應用最為廣泛的換熱器。間壁式換熱器是溫度不同的兩種流體在被壁面分開的空間里流動，通過壁面的導熱和流體在壁表面對流，兩種流體之間進行換熱。具體又有管殼式、套管式和其他型式的換熱器。現有技術中，常規的間壁式換熱器，高溫流體是平行流經壁面時與壁面的換熱效率非常低，尤其是遠離壁面位置的流體基本不參與換熱，請參閱附圖1，流體快速通過平行的流體通道時，形成層流結構，中心處的高溫流體H或低溫流體C與緊貼換熱側壁W處的流體形成有溫度梯度，通道中心處的流體f、i只能通過與靠近換熱側壁W處的流體d、g對流來進行傳熱，而眾所周知，流體的導熱系數很差，對流換熱的效率很低，從而導致，中心處的流體f、i對換熱效率的貢獻很低。為了加強換熱，人們嘗試把換熱壁面制造成粗糙的表面(如設計翅片結構等)以增加紊流效果來加強高溫流體與壁面的換熱效果，這導致換熱器的結構變得復雜，加工成本增加，同時由于對中心處的流體參與換熱的程度提升有限，因此對整體換熱效率的提升也非常有限。

發明內容

基于上述技術問題，本發明的目的是提供一種折彎通道式高效換熱結構，將流體通道設計為多道折彎式結構，使流體在前行過程中沖擊折彎壁面并形成規律的卡門渦旋，通過加強流體沖擊和卡門渦旋的形式來強化換熱，大大提高了熱交換效率。

針對上述問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種折彎通道式高效換熱結構，所述換熱結構具有：流體通道，所述流體通道包括通過換熱壁面間隔的冷態流體的流體通道和熱態流體的流體通道，冷態流體和熱態流體在相應的流體通道內逆向流動、并通過所述換熱壁面進行熱量交換，其特征在于：所述流體通道沿流體的流動方向設置有多道折彎障礙，每道所述的折彎障礙均形成有：第一換熱平面和第二換熱平面：所述第一換熱平面處于流體流動方向的正面，強制改變了流體的運動方向而受到正面沖擊；所述第二換熱平面沿流體的前行方向設于所述第一換熱平面的背向，流體在所述第二換熱平面的表面形成卡門渦旋，通過所述卡門渦旋使所述流體通道中心處的高溫流體有規律的向所述換熱壁面運動并和所述換熱壁面進行熱交換。

進一步的，所述流體通道由平行設置的第一折彎板、第二折彎板以及第三折彎板組成，所述第二折彎板的表面形成所述換熱壁面；所述第一折彎板和所述第二折彎板之間形成所述冷態流體的流體通道，所述第三折彎板和所述第二折彎板之間形成所述熱態流體的流體通道，所述第一折彎板、第二折彎板和第三折彎板均沿流體的流動方向均勻設置多道折彎結構，所述折彎結構包括：流體正向沖擊的第一平面和設于所述第一平面對向的第二平面，所述第一平面形成所述的第一換熱平面，所述第二平面形成所述的第二換熱平面。

進一步的，所述第一換熱平面和所述第二換熱平面之間的折彎角度α設置為：45°≤α≤135°。