本發明涉及換熱器領域,具體地,涉及具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板及換熱器。尤其地,涉及一種帶有平底的膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,及其組成換熱流道的高性能換熱器。
背景技術:
1、高性能換熱器性能對于提高能源動力系統效率至關重要。高性能換熱器意味著在實現相同換熱量的條件下,可以節約材料,減小換熱體積以及降低泵或風機的能耗。
2、在換熱器的應用中,大多采用空氣-空氣板式換熱器,或者液體-空氣板式換熱器。這些換熱器通常由多個金屬換熱薄片層疊拼接而成,常用的金屬如鋁、銅或不銹鋼等。在換熱器中,相鄰金屬換熱片之間形成間距為數個毫米的換熱流道。為增強換熱性能,這些金屬換熱片表面上通常加工有波紋結構以強化換熱,但這也使得換熱流道流阻顯著增大。另一方面,對于薄金屬換熱片,狹窄的換熱流道之間還需要有支撐結構,以固定換熱流道間距,這帶來了流動擾動,強化傳熱并提高了流阻。
3、現有板式換熱器另一個問題是,每片換熱片沖壓出人字形或魚骨形波紋,相鄰換熱片堆疊使得流體在上、下板的人字形波紋交叉形成的通道間串流,流阻很大,并且通道內流動存在不均勻或流動死區,這限制了換熱器性能的提升。
技術實現思路
1、針對現有技術中的缺陷,本發明的目的是提供一種具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板及換熱器。
2、根據本發明提供的一種具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,包括換熱片、凸包以及凹陷,換熱片上分布有列陣排列的凸包和凹陷,凸包和凹陷偏向相同或不同,且凸包和凹陷的傾斜角為α;
3、在上下相鄰的兩個換熱片中,上下相鄰的凸包和凹陷沿軸向上分別交替布置,且上下相鄰的凸包之間的傾斜方向相反,上下相鄰的凹陷之間的傾斜方向相反,凸包之間、凹陷之間形成一定的偏轉角度β,且凸包相互堆疊接觸形成接觸面。
4、優選的,傾斜角α相對于縱軸方向上的角度為0-90°,偏轉角度β的角度為10°-90°。
5、優選的,接觸面處于相接觸的凸包的一端,且接觸面距離相近的凸包端部為0.1-0.5l,l為凸包的長度。
6、優選的,相鄰兩個換熱片包括上換熱片和下換熱片,上換熱片上設有凸包和凹陷,下換熱片上設有鄰近凸包和鄰近凹陷,凸包一端位于鄰近凹陷上方,凹陷一端位于下側換熱片中鄰近凸包上方;
7、凸包的高度為0.1mm-10mm,凸包的長度為高度的1.0-20倍;凹陷的深度為0.1mm-10mm,凹陷的長度為深度的1.0-20倍。
8、優選的,凸包和凹陷沿縱向方向交錯布置,且在橫向上具有0-90°的傾斜角度。
9、優選的,凸包和凹陷沿橫向方向交錯布置,且在縱向上具有不同朝向的傾斜角度。
10、優選的,換熱片之間設有換熱流道,換熱流道通過凸包和凹陷實現擾流/導流作用。
11、優選的,凸包的高度小于換熱流道高度,凸包和凹陷向換熱流道中間收縮進而降低壓損,且凸包在換熱流道壁面上產生螺旋渦流流動。
12、優選的,凸包和凹陷的形狀包括底部為平面的長圓形、膠囊形、卵形以及橄欖球形,凸包和凹陷的截面包括梯形、帶有圓弧邊的梯形、帶有平底的部分圓截面中的一個或多個,且平底的寬度為凸包或凹陷寬度的0-1.0倍。
13、本發明還提供了一種換熱器,包括具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板。
14、與現有技術相比,本發明具有如下的有益效果:
15、(1)本發明通過傾斜且具有一定長度的凸包實現在換熱壁面上產生螺旋渦流流動,高效地強化傳熱;相鄰換熱板的凸包配合凹陷,有利于減少流道中流動阻礙,有利于該流道中流體流動減小壓損;并使流道的上下壁面和左右方向交替地收縮和擴張,從而使流體交替地與相鄰壁面的凸包和凹陷相互作用,并在左右方向上產生振蕩流動,并且傾斜的長凹陷和長凸包都產生螺旋渦流,高效地強化傳熱;
16、(2)本發明中上下換熱片中的凸包傾斜且具有一定長度,有利于兩者接觸堆疊,改進了換熱器加工可靠性;并且換熱板表面一定長度的凸包和凹陷能夠在換熱通道內產生更大范圍的渦流強化傳熱,這有利于減少需加工的凸包和凹陷的數量,改進了加工實現性;上下凸包在兩者的端部附近相互接觸,有利于凸包在各自的換熱板表面產生渦流強化傳熱,流阻低,產生的尾流較小;
17、(3)本發明形成的凹凸包之間的換熱流道,凸包和凹陷起到很好的流動組織及擾流/導流作用,極大地提高了換熱性能,并且換熱流道內流動分配更均勻,流阻較低。
1.一種具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,包括換熱片、凸包(20)以及凹陷(24),所述換熱片上分布有所述凸包(20)和所述凹陷(24),所述凸包(20)和所述凹陷(24)偏向相同或不同,且所述凸包(20)和所述凹陷(24)的傾斜角為α;
2.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,傾斜角α相對于縱軸方向上的角度為0-90°,偏轉角度β的角度為10°-90°。
3.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述接觸面(30)處于相接觸的所述凸包(20)的一端,且所述接觸面(30)距離相近的所述凸包(20)端部為0.1-0.5l,l為所述凸包(20)的長度。
4.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,相鄰兩個所述換熱片包括上換熱片(1)和下換熱片(2),所述上換熱片(1)上設有所述凸包(20)和所述凹陷(24),所述下換熱片(2)上設有鄰近凸包(10)和鄰近凹陷(14);
5.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述凸包(20)和所述凹陷(24)沿縱向方向交錯布置,且在橫向上具有0-90°的傾斜角度。
6.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述凸包(20)和所述凹陷(24)沿橫向方向交錯布置,且在縱向上具有不同朝向的傾斜角度。
7.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述換熱片之間設有換熱流道(100),所述換熱流道(100)通過所述凸包(20)和所述凹陷(24)實現擾流/導流作用。
8.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述凸包(20)的高度小于所述換熱流道(100)高度,所述凸包(20)和所述凹陷(24)向所述換熱流道(100)中間收縮進而降低壓損,且所述凸包(20)在所述換熱流道(100)壁面上產生螺旋渦流流動。
9.根據權利要求1所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板,其特征在于,所述凸包(20)和所述凹陷(24)的形狀包括底部為平面的長圓形、膠囊形、卵形以及橄欖球形,所述凸包(20)和所述凹陷(24)的截面包括梯形、帶有圓弧邊的梯形、帶有平底的部分圓截面中的一個或多個。
10.一種換熱器,其特征在于,包括權利要求1-9任一項所述的具有膠囊狀凸包和凹陷的換熱板。