專利名稱：一次表面回?zé)崞鞑y板片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種波紋板片及其制作方法，具體是一種一次表面回?zé)崞鞑y板片及其制作方法。用于燃?xì)廨啓C(jī)熱動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
一次表面回?zé)崞鞯墓π菍⒏邷責(zé)煔獾臒崃總鹘o低溫空氣，以提高流入燃燒室用作氧化劑的空氣溫度，從而提高燃?xì)廨啓C(jī)裝置的效率。波紋板片是一次表面回?zé)崞鞯暮诵臉?gòu)件，它影響整個(gè)換熱器的重量、價(jià)格、集成性和性能。目前國(guó)際上對(duì)波紋板片的研究已趨完善，采用波紋板片的一次表面回?zé)崞饕呀?jīng)應(yīng)用于工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)。但由于涉及到商業(yè)機(jī)密，故國(guó)際上公開發(fā)表的文獻(xiàn)都未對(duì)一次表面回?zé)崞鞑y板片及其制作方法給出描述。
經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，專利申請(qǐng)?zhí)枮?1120591.1的發(fā)明專利，其中提及波紋板片，但是該波紋板片是用于液-氣或液-液換熱，通道的尺寸都屬于常規(guī)的大槽道，而對(duì)于用于氣-氣換熱器的微小尺度通道的波紋板片的研究較少。
檢索中還發(fā)現(xiàn)，梁紅俠等人在《中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)傳熱傳質(zhì)學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(下冊(cè))》，2003，第1075-1078頁(yè)發(fā)表的“微型燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞鲹Q熱表面的對(duì)比研究”一文，對(duì)這種回?zé)崞鞑y板片的形狀及布置形式對(duì)換熱性能的影響進(jìn)行了對(duì)比研究，但都是從理論計(jì)算方面進(jìn)行的研究，并沒(méi)有考慮實(shí)際加工工藝的限制，也沒(méi)有提出一種工程上可實(shí)現(xiàn)的波紋板片設(shè)計(jì)及其加工方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)背景技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種一次表面回?zé)崞鞑y板片及其制作方法，使其克服了加工限制，實(shí)現(xiàn)了波紋板片的工業(yè)制作，解決了一次表面回?zé)崞髦谱鞯暮诵膯?wèn)題。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明波紋板片由平面區(qū)和波紋區(qū)組成。波紋區(qū)位于波紋板片的中心位置，平面區(qū)在波紋區(qū)的四周，從縱剖面來(lái)看，平面區(qū)處在波紋區(qū)的中平面上，波紋區(qū)由波紋通道組成，波紋通道滿足幾何曲線(橢圓、拋物線或正弦)方程，波紋通道的當(dāng)量直徑在1.5mm，波紋通道與波紋板片的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角。平面區(qū)由平板組成，分為進(jìn)口平面區(qū)、出口平面區(qū)和焊接平面區(qū)，進(jìn)口平面區(qū)位于波紋區(qū)的上方，出口平面區(qū)位于波紋區(qū)的下方，焊接平面區(qū)位于波紋區(qū)的兩側(cè)。
本發(fā)明的波紋板片在工作時(shí)，工質(zhì)首先流經(jīng)進(jìn)口平面區(qū)，進(jìn)口平面區(qū)和出口平面區(qū)起導(dǎo)流和輔助傳熱的作用；工質(zhì)然后進(jìn)入波紋區(qū)，波紋區(qū)的兩側(cè)分別為低溫工質(zhì)和高溫工質(zhì)，工質(zhì)通過(guò)波紋區(qū)進(jìn)行換熱，波紋區(qū)是主要換熱區(qū)；工質(zhì)流出波紋區(qū)，經(jīng)過(guò)出口平面區(qū)流出。焊接平面區(qū)作為焊接邊條的基板，用于波紋板片之間的聯(lián)接。
本發(fā)明波紋板片所采用的材料應(yīng)具有耐高溫抗高壓且導(dǎo)熱性能好的特性，優(yōu)先采用奧氏體不銹鋼，板片的厚度為0.1mm。
本發(fā)明上述波紋板片的制作方法，步驟如下1)利用滾壓機(jī)通過(guò)模具將不銹鋼平板滾壓為全波紋板，即沒(méi)有平面區(qū)的波紋板片。
2)在步驟1)所得的全波紋板上做出長(zhǎng)W、寬L的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板，波紋板片的長(zhǎng)度W、寬度L根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)回?zé)崞鞯男阅芤蠖?，一般要求W≤400mm、L≤400mm。
3)在步驟2)所得的波紋傾斜的全波紋板上做出長(zhǎng)W-2c、寬L-a-b的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸重合，矩形的上邊與波紋板的上邊的距離為a，矩形的下邊與波紋板的下邊的距離為b，矩形的兩個(gè)側(cè)邊與波紋板的相應(yīng)側(cè)邊的距離都為c，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外的部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)，波紋區(qū)的長(zhǎng)度W-2c，寬度L-a-b按照波紋區(qū)的面積占整個(gè)波紋板片的70-90％而定。
4)利用線切割機(jī)將步驟3)的波紋板片進(jìn)行外形修剪，成型。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為1)高溫工質(zhì)和低溫工質(zhì)在工作過(guò)程中的所有換熱表面都是一次換熱表面，不存在二次表面，換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。2)波紋板片中間為波紋區(qū)四周為平面區(qū)的結(jié)構(gòu)布置，可獲得高溫工質(zhì)與低溫工質(zhì)分流的機(jī)制。3)傳熱表面的厚度僅為0.1mm，導(dǎo)熱熱阻小且重量輕。4)使一次表面回?zé)崞鞯募庸ぶ谱鞒蔀楝F(xiàn)實(shí)，解決了一次表面回?zé)崞鞯募庸ぶ谱鞯暮诵膯?wèn)題。5)波紋板片將使一次表面回?zé)崞骶哂休p重、價(jià)廉、高效、緊湊的優(yōu)點(diǎn)。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2本發(fā)明A-A位置剖視3本發(fā)明的全波紋板片示意4本發(fā)明的傾斜波紋板示意5本發(fā)明的四周壓平的波紋板示意圖具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，本發(fā)明波紋板片包括平面區(qū)1和波紋區(qū)2，波紋區(qū)2位于板片的中心位置，平面區(qū)1在波紋區(qū)2的四周，從縱剖面來(lái)看，平面區(qū)1處在波紋區(qū)2的中平面上，波紋區(qū)2由波紋通道組成，通道的當(dāng)量直徑在1.5mm，波紋通道與波紋板片的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角，波紋通道滿足橢圓、拋物線或正弦?guī)缀吻€方程，平面區(qū)1由平板組成，分為進(jìn)口平面區(qū)3、出口平面區(qū)4和焊接平面區(qū)5，進(jìn)口平面區(qū)3位于波紋區(qū)2的上方，出口平面區(qū)4位于波紋區(qū)2的下方，焊接平面區(qū)5位于波紋區(qū)2的兩側(cè)。焊接平面區(qū)5為焊接邊條的基板，波紋板片之間通過(guò)焊接平面區(qū)5聯(lián)接。
圖3、圖4和圖5依次表示了板片的制作過(guò)程，分別為經(jīng)過(guò)滾壓得到的全波紋板片、經(jīng)過(guò)線切割得到的傾斜波紋板和經(jīng)過(guò)模壓得到的四周壓平的波紋板的示意圖，圖5所示的板片再經(jīng)線切割成型后得到圖1所示的波紋板片。
以下結(jié)合本發(fā)明內(nèi)容提供以下實(shí)施例實(shí)施例1將波紋板片的波紋通道的形狀定為正弦曲線形狀。利用滾壓機(jī)通過(guò)模具將0.1mm厚的不銹鋼板滾壓為通道形狀為正弦曲線的全波紋板，在全波紋板上做出長(zhǎng)205.8mm、寬207.6mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板，在波紋傾斜的全波紋板上做出長(zhǎng)189.8mm、寬132.4mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸重合，矩形的上邊與波紋板的上邊的距離為35.0mm，矩形的下邊與波紋板的下邊的距離為40.2mm，矩形的兩個(gè)側(cè)邊與波紋板的相應(yīng)側(cè)邊的距離都為8.0mm，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外的部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)，利用線切割機(jī)對(duì)波紋板片進(jìn)行外形修剪、成型，利用激光焊接機(jī)通過(guò)邊條將1000片波紋板片焊接成為一個(gè)單元，將16個(gè)單元體并聯(lián)組成一個(gè)一次表面回?zé)崞?，將該一次表面回?zé)崞饔糜?.7MW燃?xì)廨啓C(jī)上(工作參數(shù)見表1)，測(cè)得的性能參數(shù)見表2。
實(shí)施例2將波紋板片的波紋通道的形狀定為橢圓曲線形狀。利用滾壓機(jī)通過(guò)模具將0.1mm厚的不銹鋼板滾壓為通道形狀為正弦曲線的全波紋板，在全波紋板上做出長(zhǎng)205.8mm、寬207.6mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板，在波紋傾斜的全波紋板上長(zhǎng)189.8mm、寬132.4mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸重合，矩形的上邊與波紋板的上邊的距離為35.0mm，矩形的下邊與波紋板的下邊的距離為40.2mm，矩形的兩個(gè)側(cè)邊與波紋板的相應(yīng)側(cè)邊的距離都為8.0mm，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外的部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)，利用線切割機(jī)對(duì)波紋板片進(jìn)行外形修剪、成型，利用激光焊接機(jī)通過(guò)邊條將1000片波紋板片焊接成為一個(gè)單元，將16個(gè)單元體并聯(lián)組成一個(gè)一次表面回?zé)崞?，將該一次表面回?zé)崞饔糜?.7MW燃?xì)廨啓C(jī)上(工作參數(shù)見表1)，測(cè)得的性能參數(shù)見表2。
實(shí)施例3將波紋板片的波紋通道的形狀定為雙曲線形狀。利用滾壓機(jī)通過(guò)模具將0.1mm厚的不銹鋼板滾壓為通道形狀為正弦曲線的全波紋板，在全波紋板上做出長(zhǎng)205.8mm、寬207.6mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板，在波紋傾斜的全波紋板上做出長(zhǎng)189.8mm、寬132.4mm的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸重合，矩形的上邊與波紋板的上邊的距離為35.0mm，矩形的下邊與波紋板的下邊的距離為40.2mm，矩形的兩個(gè)側(cè)邊與波紋板的相應(yīng)側(cè)邊的距離都為8.0mm，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外的部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)，利用線切割機(jī)對(duì)波紋板片進(jìn)行外形修剪、成型，利用激光焊接機(jī)通過(guò)邊條將1000片波紋板片焊接成為一個(gè)單元，將16個(gè)單元體并聯(lián)組成一個(gè)一次表面回?zé)崞?，將該一次表面回?zé)崞饔糜?.7MW燃?xì)廨啓C(jī)上(工作參數(shù)見表1)，測(cè)得的性能參數(shù)見表2。
表1 3.7MW燃?xì)廨啓C(jī)工作參數(shù)工作參數(shù) 熱側(cè) 冷側(cè)工作介質(zhì) 煙氣 空氣質(zhì)量流量(kg/s) 24.7 24.3入口溫度(℃) 430175出口溫度(℃) 257366入口壓力(MPa)0.103 0.91表2 波紋板片組成的一次表面回?zé)崞鞯男阅軈?shù)性能參數(shù) 正弦波紋橢圓波紋雙曲線波紋傳熱系數(shù)k(W/m2·℃) 132.3 128.0 131.3平均溫差Δt(℃) 72.672.672.6換熱量Q(KW) 483748374837效能ε(％) 75 75 75換熱面積F(m2) 503 520 507換熱器體積V(m3) 0.3023 0.3186 0.3197換熱器重量M(Kg) 443.6 456.4 446.2緊湊度comp(m2/m3) 16771741169權(quán)利要求
1.一種一次表面回?zé)崞鞑y板片，包括平面區(qū)(1)和波紋區(qū)(2)，其特征在于，波紋區(qū)(2)位于波紋板片的中心位置，平面區(qū)(1)在波紋區(qū)(2)的四周，從縱剖面來(lái)看，平面區(qū)(1)處在波紋區(qū)(2)的中平面上，波紋區(qū)(2)由波紋通道組成，波紋通道的當(dāng)量直徑在1.5mm，平面區(qū)(1)由平板組成，分為進(jìn)口平面區(qū)(3)、出口平面區(qū)(4)和焊接平面區(qū)(5)，進(jìn)口平面區(qū)(3)位于波紋區(qū)(2)的上方，出口平面區(qū)(4)位于波紋區(qū)(2)的下方，焊接平面區(qū)(5)位于波紋區(qū)(2)的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片，其特征是，波紋通道滿足橢圓、拋物線或正弦?guī)缀吻€方程，波紋通道與波紋板片的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片，其特征是，焊接平面區(qū)(5)為焊接邊條的基板，波紋板片之間通過(guò)焊接平面區(qū)(5)聯(lián)接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片，其特征是，波紋板片厚度為0.1mm。
5.一種一次表面回?zé)崞鞑y板片的制作方法，其特征在于，步驟如下1)用滾壓機(jī)通過(guò)模具將不銹鋼平板滾壓為全波紋板；2)在步驟1)所得的全波紋板上做出長(zhǎng)W、寬L的矩形虛線，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板；3)在步驟2)所得的波紋傾斜的全波紋板上做出長(zhǎng)W-2c、寬L-a-b的矩形虛線，該矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸重合，矩形的上邊與波紋板的上邊的距離為a，矩形的下邊與波紋板的下邊的距離為b，矩形的兩個(gè)側(cè)邊與波紋板的相應(yīng)側(cè)邊的距離都為c，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外的部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)；4)用線切割機(jī)將步驟3)的波紋板片進(jìn)行外形修剪，成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片的制作方法，其特征是，步驟2)中，所述的矩形的縱向?qū)ΨQ軸與波紋板的縱向?qū)ΨQ軸成15°夾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片的制作方法，其特征是，波紋板片的長(zhǎng)度W≤400mm，寬度L≤400mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一次表面回?zé)崞鞑y板片的制作方法，其特征是，波紋區(qū)的長(zhǎng)度W-2c，寬度L-a-b按照波紋區(qū)的面積占整個(gè)板片的70-90％而定。
全文摘要
一次表面回?zé)崞鞑y板片及其制作方法。用于燃?xì)廨啓C(jī)熱動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。波紋板片的中心為波紋區(qū)，平面區(qū)在波紋區(qū)四周，從縱剖面看，平面區(qū)處在波紋區(qū)的中平面上，波紋區(qū)由波紋通道組成，波紋通道的當(dāng)量直徑在1.5mm，平面區(qū)由平板組成，其進(jìn)口平面區(qū)位于波紋區(qū)上方，出口平面區(qū)位于波紋區(qū)下方，焊接平面區(qū)位于波紋區(qū)兩側(cè)。方法如下用滾壓機(jī)通過(guò)模具將不銹鋼平板滾壓為全波紋板；在全波紋板上做出一個(gè)矩形虛線，利用線切割機(jī)沿著該虛線進(jìn)行線切割，得到波紋傾斜的全波紋板；在波紋傾斜的全波紋板上再做出一個(gè)矩形虛線，利用液壓機(jī)通過(guò)壓平模具將波紋板上矩形虛線以外部分壓平，形成波紋區(qū)周圍的平面區(qū)；用線切割機(jī)將波紋板片進(jìn)行外形修剪，成型。
文檔編號(hào)F28F3/04GK1595041SQ20041002520
公開日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月17日
發(fā)明者程惠爾, 王斌 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)