專利名稱：過冷卻板式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)態(tài)制冰的過冷卻板式換熱器。
背景技術(shù)：
目前，動(dòng)態(tài)制冰是0°C的水在板式換熱器過冷到_2°C，然后_2°C過冷水離開板式換熱器后被解除過冷狀態(tài)成為o°c的冰水混合物，因?yàn)樗诎迨綋Q熱器表面不結(jié)冰，換熱效率非常高，所以動(dòng)態(tài)制冰效率優(yōu)于靜態(tài)制冰?，F(xiàn)有的板式換熱器能夠?qū)崿F(xiàn)的水穩(wěn)定過冷穩(wěn)定_2°C，若使水進(jìn)一步過冷，則導(dǎo)致過冷水狀態(tài)不穩(wěn)定，可能在板式換熱器內(nèi)解除過冷，引起堵塞，影響連續(xù)制冰。但對(duì)于動(dòng)態(tài)制冰，使水進(jìn)一步過冷能夠減少循環(huán)水泵的功耗，提高制冰的總體效率。故動(dòng)態(tài)制冰的板式換熱器的板型需要滿足兩個(gè)基本要求1)高的換熱效率；幻高的過冷度?？蓚鹘y(tǒng)的板式換熱器其板片上的突筋布置方式為一般的板片的突筋和凹筋與宏觀流動(dòng)方向的夾角是固定的，是0至90度范圍之間某值，使得板片上流體的紊流程度較低，換熱不夠充分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種過冷卻板式換熱器，能夠增加板式換熱器的過冷度，提高換熱效率。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的過冷卻板式換熱器，包括兩端分別設(shè)熱流側(cè)出口及熱流側(cè)入口的換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域的熱流側(cè)出口及熱流側(cè)入口之間包括主換熱區(qū)，所述主換熱區(qū)包括至少兩段區(qū)域，所述各段區(qū)域內(nèi)設(shè)沿著換熱區(qū)域上流體的宏觀流動(dòng)方向依次遞減其夾角大小的突筋及凹筋，所述夾角為突筋與宏觀流動(dòng)方向所夾的銳角，所述夾角最小可至0度。突筋方向與宏觀流動(dòng)方向夾角愈大給換熱流體帶來擾動(dòng)愈大，紊流程度愈高，換熱愈充分，換熱效率愈高；相反，若夾角愈小給換熱流體帶來擾動(dòng)愈小，紊流程度愈低，換熱不夠充分，因此通過逐步改變換熱流體在換熱器表面的流動(dòng)形態(tài)，即小過冷度時(shí)，采用高紊流狀態(tài)，此時(shí)突筋方向與宏觀流動(dòng)方向夾角稍大些，隨著過冷度增大，則逐步降低紊流程度，此時(shí)突筋方向與宏觀流動(dòng)方向夾角稍小些，甚至可不設(shè)任何能改變流體形態(tài)的突筋。主換熱區(qū)包括四段區(qū)域，所述第1段內(nèi)設(shè)與宏觀流動(dòng)方向夾角為50到80度的突筋一及凹筋一，所述第2段內(nèi)設(shè)與宏觀流動(dòng)方向夾角為10到40度的突筋二及凹筋二，所述第3段內(nèi)設(shè)與宏觀流動(dòng)方向夾角為0度的突筋三及凹筋三，所述第4段內(nèi)不設(shè)有突筋及凹筋。把主換熱區(qū)8分為4段，沿著宏觀流動(dòng)方向分別按順序標(biāo)記為第1段、第2段、第 3段和第4段。在第1段，為了獲得較大的紊流效果，夾角設(shè)計(jì)較大，例如60度；在第2段， 為了降低紊流狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)逐步過渡，該階段的夾角比上一階段小，例如30度；在第3段，為了盡一步降低紊流狀態(tài)，該階段的夾角設(shè)置為0度；在第4段，為了最大限度降低紊流狀態(tài)，該階段的取消突筋，減少對(duì)流體的擾動(dòng)。
本發(fā)明通過在主換熱區(qū)分別設(shè)有沿著宏觀流動(dòng)方向逐步減小其夾角大小的突筋， 因此逐步改變換熱流體在換熱器表面的流動(dòng)形態(tài)，增加換熱流體的紊流狀態(tài)，從而，整體上能夠增加板式換熱器的過冷度，提高換熱效率。


圖1為本發(fā)明板片的基本形式；圖2為傳統(tǒng)的板式換熱器的示意圖；圖3為所述板片突筋方向與宏觀流動(dòng)方向夾角定義說明圖；圖4為本具體實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本具體實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、熱流側(cè)入口 ；2、冷流側(cè)出口 ；3、熱流側(cè)出口 ；4、冷流側(cè)入口 ；5、換熱區(qū)域； 6、密封構(gòu)件；7、散流區(qū)；8、主換熱區(qū)；81、第1段；82、第2段；83、第3段；84、第4段；9、集流區(qū)；10、突筋；101、突筋一 ；102、突筋二 ；103、突筋三；11、凹筋；111、凹筋一 ；112、凹筋二 ； 113、凹筋三；12、夾角。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 如圖1所示，箭頭方向?yàn)榱黧w的宏觀流動(dòng)方向，所示虛線為凹筋11，所示實(shí)線為突筋10，如圖1所示，本發(fā)明的過冷卻板式換熱器，換熱器主體兩端設(shè)冷流側(cè)出口 2及冷流側(cè)入口 4，還包括兩端分別設(shè)熱流側(cè)出口 3及熱流側(cè)入口 1的換熱區(qū)域5，換熱區(qū)域5側(cè)面設(shè)密封構(gòu)件6，因此，密封構(gòu)件6使熱流體從熱流側(cè)入口 1進(jìn)入，經(jīng)過換熱區(qū)域5，從熱流側(cè)出口 3流出，密封構(gòu)件6阻止熱流體流到冷流側(cè)出口 2或冷流側(cè)入口 4 ；如圖2所示，圖中為傳統(tǒng)的換熱器，傳統(tǒng)換熱器的換熱區(qū)域5內(nèi)所有突筋10與宏觀流動(dòng)方向的夾角均為0至90度范圍之間某固定值。如圖3所示，圖為突筋10與宏觀流動(dòng)方向方向夾角的定義說明圖，箭頭方向所指為宏觀流體方向，夾角為突筋10與宏觀流動(dòng)方向所夾的銳角。如圖4所示，換熱區(qū)域5的熱流側(cè)出口 3及熱流側(cè)入口 1之間依次包括散流區(qū)7、 主換熱區(qū)8、集流區(qū)9，所述主換熱區(qū)8包括四段區(qū)域，第1段81內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為60度且對(duì)稱放置的突筋一 101及凹筋一 111，第1段81為換熱開始段，換熱流體(指熱側(cè))在該流段開始降溫，板片突筋101方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求大些，為60度；所述第2段82內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為30度且對(duì)稱放置的突筋二 102及凹筋二 112，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求小，為30度；所述第3段83內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為0度且對(duì)稱放置的突筋三103及凹筋三113，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角為零，即兩者方向一致；所述第4段84內(nèi)不設(shè)有突筋10及凹筋11，此段的換熱流體(指熱側(cè))最后被冷卻階段，板片沒有突筋10及凹筋11。實(shí)施例2如圖5所示，所述換熱區(qū)域5的熱流側(cè)出口 3及熱流側(cè)入口 1之間依次包括散流區(qū)7、主換熱區(qū)8、集流區(qū)9，所述主換熱區(qū)8包括三段區(qū)域，第1段81內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為50度且對(duì)稱放置的突筋一 101及凹筋一 111，第1段81為換熱開始段，換熱流體 (指熱側(cè))從熱流側(cè)入口 1流入散流區(qū)7，并在該流段開始降溫，板片突筋101方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求大些，為50度；所述第2段82內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為10度且對(duì)稱放置的突筋二 102及凹筋二 112，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求小，為10度；所述第3段83內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為0度且對(duì)稱放置的突筋三103及凹筋三113，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角為零，即兩者方向一致；流體從第3段83流入集流區(qū)9，最后通過熱流側(cè)出口 3流出。實(shí)施例3如圖6所示，所述換熱區(qū)域5的熱流側(cè)出口 3及熱流側(cè)入口 1之間依次包括散流區(qū)7、主換熱區(qū)8、集流區(qū)9，所述主換熱區(qū)8包括三段區(qū)域，第1段81內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為80度且對(duì)稱放置的突筋一 101及凹筋一 111，第1段81為換熱開始段，換熱流體 (指熱側(cè))從熱流側(cè)入口 1流入散流區(qū)7，并在該流段開始降溫，板片突筋101方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求大些，為80度；所述第2段82內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為40度且對(duì)稱放置的突筋二 102及凹筋二 112，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角要求小，為40度；所述第3段83內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角為0度且對(duì)稱放置的突筋三103及凹筋三113，此段的換熱流體(指熱側(cè))進(jìn)一步被降溫，板片突筋103方向與宏觀流動(dòng)方向夾角為零，即兩者方向一致；流體從第3段83流入集流區(qū)9，最后通過熱流側(cè)出口 3流出。
權(quán)利要求
1.過冷卻板式換熱器，包括兩端分別設(shè)熱流側(cè)出口( 及熱流側(cè)入口(1)的換熱區(qū)域 (5)，所述換熱區(qū)域( 的熱流側(cè)出口 C3)及熱流側(cè)入口(1)之間包括主換熱區(qū)(8)，其特征在于，所述主換熱區(qū)(8)包括至少兩段區(qū)域，所述各段區(qū)域內(nèi)設(shè)沿著換熱區(qū)域( 上流體的宏觀流動(dòng)方向依次遞減其夾角(1 大小的突筋(10)及凹筋(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過冷卻板式換熱器，其特征在于，所述主換熱區(qū)(8)包括三段區(qū)域，所述第1段(81)內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(1 為50到80度且對(duì)稱放置的突筋一 (101)及凹筋一(111)，所述第2段(82)內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(12)為10到40度且對(duì)稱放置的突筋(10 及凹筋(112)，所述第3段(8 內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(12) 為0度且對(duì)稱放置的突筋三(103)及凹筋三(113)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過冷卻板式換熱器，其特征在于，所述主換熱區(qū)(8)包括四段區(qū)域，所述第1段(81)內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(1 為50到80度且對(duì)稱放置的突筋一(101)及凹筋一(111)，所述第2段(82)內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(12)為10到40 度且對(duì)稱放置的突筋二(10 及凹筋二(112)，所述第3段(8 內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(1 為0度且對(duì)稱放置的突筋三(10 及凹筋三(113)，所述第4段(84)內(nèi)不設(shè)有突筋 (10)及凹筋(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的過冷卻板式換熱器，其特征在于，所述第1段(81)內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(1 為60度且對(duì)稱放置的突筋一(101)及凹筋一(111)，所述第 2段(8 內(nèi)設(shè)均與宏觀流動(dòng)方向夾角(1 為30度且對(duì)稱放置的突筋二(10 及凹筋二 (112)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種過冷卻板式換熱器，包括兩端分別設(shè)熱流側(cè)出口及熱流側(cè)入口的換熱區(qū)域，所述換熱區(qū)域的熱流側(cè)出口及熱流側(cè)入口之間包括主換熱區(qū)，所述主換熱區(qū)包括至少兩段區(qū)域，所述各段區(qū)域內(nèi)設(shè)沿著換熱區(qū)域上流體的宏觀流動(dòng)方向依次遞減其夾角大小的突筋及凹筋，所述夾角為突筋與宏觀流動(dòng)方向所夾的銳角。本發(fā)明能夠增加過冷度，提高換熱效率。
文檔編號(hào)F28D9/02GK102519281SQ20111044612
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者馮自平, 宋文吉, 高日新 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州能源研究所