异形板翅式冷却器论文和设计-许雪峰

全文摘要

本实用新型公开了一种异形板翅式冷却器，涉及冷却设备技术领域，包括冷却芯体、热进封头和热出封头；冷却芯体包括由若干隔板层叠构成的若干通道；通道中设置有翅片；翅片包括若干管道；若干管道的外径小于通道的竖直高度；管道呈弯曲状；通道中留有供冷却流体流通的间隙；若干管道的一端与热进封头连通，另一端与热出封头连通；通道上设置有用于隔断间隙与热进封头、热出封头连通的封闭机构；通道由上下的隔板、翅片和封闭机构构成。本实用新型提供的异形板翅式冷却器，结构稳定，具有较强的承压能力，使用寿命长；占用体积小；同时可通过增加换热面积、流体流程、流速、换热系数、换热量综合增加冷却芯体的换热效率，降低企业成本。

主设计要求

1.一种异形板翅式冷却器，包括用于冷却待冷却流体的冷却芯体、用于供待冷却流体流入的热进封头和用于供待冷却流体流出的热出封头，其特征在于，所述冷却芯体包括由若干隔板层叠构成的若干通道；所述通道中设置有翅片；所述翅片包括若干供待冷却流体流通的管道；若干所述管道的外径小于所述通道的竖直高度；所述管道呈弯曲状；所述通道中留有供冷却流体流通的间隙；若干所述管道的一端与所述热进封头连通，另一端与所述热出封头连通；所述通道上设置有用于隔断所述间隙与所述热进封头、所述热出封头连通的封闭机构；所述通道由上下所述的隔板、所述翅片和所述封闭机构构成。

设计方案

2.如权利要求1所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述管道为螺旋半径变化的螺旋状结构。

3.如权利要求2所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述管道包括若干流道；所述流道为螺旋半径逐渐增大的螺旋状结构；若干所述流道串联连通构成所述管道。

4.如权利要求3所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述管道上的若干所述流道的螺旋半径增大方向相同。

5.如权利要求4所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，若干所述管道并列设置；相邻所述管道上的若干所述流道的螺旋半径增大方向相反。

6.如权利要求4所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述管道上的相邻所述流道，一个所述流道上螺旋半径小的一端从另一个所述流道上螺旋半径大的一端套入。

7.如权利要求1所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，相邻所述管道间设置有若干竖直挡板；所述挡板的板面与冷却流体的流向之间具有夹角α，0°＜α≤90°；所述挡板上设置有若干供冷却流体流通的通孔。

8.如权利要求7所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述通孔上设置有用于增加冷却流体湍流的扰流件。

9.如权利要求1所述的异形板翅式冷却器，其特征在于，所述通道靠近所述热进封头的一端设置有第一封条；所述第一封条上设置有若干用于连通若干所述管道与所述热进封头的第一开口；所述通道靠近所述热出封头的一端设置有第二封条；所述第二封条上设置有若干用于连通若干所述管道与所述热出封头的第二开口；所述第一封条和所述第二封条构成所述封闭机构。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及冷却设备技术领域，尤其涉及一种异形板翅式冷却器。

背景技术

板翅式冷却器，通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式冷却器的核心。通道包括用于流通待冷却流体的热通道和用于流通冷却流体的冷通道；热通道与冷通道间隔设置。板翅式冷却器具有传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固、适应性大等优势，因此，板翅式冷却器广泛应用于空气分离装置、石油化工、动力机械、原子能和国防工业等领域。

翅片是板翅式冷却器的最基本元件，待冷却流体与冷却流体间的热量交换大部分通过翅片进行，翅片的传热面积大约为冷却器总传热面积的67％～88％。从传热机理上看，板翅式冷却器仍然属于肩臂式冷却器。其主要特点是，它具有扩展的二次传热表面(翅片)，所以传热过程不仅是在一次传热表面(隔板)上进行，同时也在二次传热表面上进行。由于隔板的面积一定，因此板翅式冷却器的冷却效率主要由翅片的传热面积决定。常用的翅片形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等。但是，现有的翅片形式不能够充分发挥翅片对冷却流体的冷却效果，冷却效率已越来越不能满足人们的冷却需求。

实用新型内容

针对上述存在的问题，本实用新型提供一种异形板翅式冷却器，以解决现有技术中翅片形式不能够充分发挥翅片对冷却流体的冷却效果的问题，通过弯曲管道的翅片结构设计，增大待冷却流体的流程和换热面积，提高异形板翅式冷却器的冷却效率；具有较强的实用性和经济价值。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，包括用于冷却待冷却流体的冷却芯体、用于供待冷却流体流入的热进封头和用于供待冷却流体流出的热出封头；所述冷却芯体包括由若干隔板层叠构成的若干通道；所述通道中设置有翅片；所述翅片包括若干供待冷却流体流通的管道；若干所述管道的外径小于所述通道的竖直高度；所述管道呈弯曲状；所述通道中留有供冷却流体流通的间隙；若干所述管道的一端与所述热进封头连通，另一端与所述热出封头连通；所述通道上设置有用于隔断所述间隙与所述热进封头、所述热出封头连通的封闭机构；所述通道由上下所述的隔板、所述翅片和所述封闭机构构成。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述管道为螺旋半径变化的螺旋状结构。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述管道包括若干流道；所述流道为螺旋半径逐渐增大的螺旋状结构；若干所述流道串联连通构成所述管道。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述管道上的若干所述流道的螺旋半径增大方向相同。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，若干所述管道并列设置；相邻所述管道上的若干所述流道的螺旋半径增大方向相反。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述管道上的相邻所述流道，一个所述流道上螺旋半径小的一端从另一个所述流道上螺旋半径大的一端套入。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，相邻所述管道间设置有若干竖直挡板；所述挡板的板面与冷却流体的流向之间具有夹角α，0°＜α≤90°；所述挡板上设置有若干供冷却流体流通的通孔。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述通孔上设置有用于增加冷却流体湍流的扰流件。

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，优选地，所述通道靠近所述热进封头的一端设置有第一封条；所述第一封条上设置有若干用于连通若干所述管道与所述热进封头的第一开口；所述通道靠近所述热出封头的一端设置有第二封条；所述第二封条上设置有若干用于连通若干所述管道与所述热出封头的第二开口；所述第一封条和所述第二封条构成所述封闭机构。

上述技术方案具有如下优点或者有益效果：

本实用新型提供的异形板翅式冷却器，通过将翅片设计为管道结构，管道为螺旋半径变化的螺旋状结构，通道中留有供冷却流体流通的间隙，因此，异形板翅式冷却器结构稳定，具有较强的承压能力和较长的使用寿命；同时可通过增加换热面积、流体流程、流速、换热系数、换热量综合增加冷却芯体的换热效率，即在相同的热负荷要求下，所需的换热体积更小；缩小异形板翅式冷却器的体积，降低企业的成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。

图1是本实用新型实施例1或实施例2提供的异形板翅式冷却器整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的异形板翅式冷却器翅片和挡板结构俯视图；

图3是本实用新型实施例1或实施例2提供的异形板翅式冷却器部分通道侧视图；

图4是本实用新型实施例1或实施例2提供的异形板翅式冷却器挡板结构示意图；

图5是本实用新型实施例1或实施例2提供的异形板翅式冷却器扰流带结构示意图；

图6是本实用新型实施例2提供的异形板翅式冷却器翅片和挡板结构俯视图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的说明，显然所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对附图中提供的本实用新型实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本实用新型实施例1提供的异形板翅式冷却器，包括用于冷却待冷却流体的冷却芯体1、用于供待冷却流体流入的热进封头2和用于供待冷却流体流出的热出封头3，冷却芯体1包括由若干隔板11层叠构成的若干通道12；通道12中设置有若干用于流通待冷却流体的翅片13；如图2所示，翅片13包括若干供待冷却流体流通的管道131；若干管道131的外径小于通道12的竖直高度；管道131呈弯曲状；通道12中留有供冷却流体流通的间隙14；若干管道131的一端与热进封头2连通，另一端与热出封头3连通；通道12上设置有用于隔断间隙14与热进封头2、热出封头3连通的封闭机构4；通道12由上下的隔板11、翅片13和封闭机构4构成。

具体地，如图1所示，设置有热进封头2的一侧为冷却芯体1的左侧，则热出封头3设置于冷却芯体1的右侧；热进封头2上设置有用于待冷却流体流入的热进口21，热进口21位于热进封头2的下部；热出封头3上设置有用于待冷却流体流出的热出口31，热出口31位于热出封头3的上部；待冷却流体和冷却流体的流通方向相互垂直。隔板11、翅片13及封闭机构4钎焊而成。

本实用新型实施例1提供的异形板翅式冷却器，通过将翅片13设计为管道结构，管道131的承压能力高于传统翅片的承压能力，因此可降低待冷却流体流动过程中对冷却芯体1造成的损伤，延长异形板翅式冷却器的使用寿命；通过将翅片13设置为弯曲状管道式，换热面积高于传统翅片的换热面积，且通道12的间隙14中流通有冷却流体，提高待冷却流体与冷却流体的换热量；以上设计均可提高冷却芯体1的换热效率，即在相同的热负荷要求下，所需的换热面积更小，节约企业的成本。综上设计，异形板翅式冷却器结构稳定，具有较强的承压能力；增大了异形板翅式冷却器的适用范围；节约企业的成本。

优选地，如图2所示，管道131为螺旋半径变化的螺旋状结构。更优选地，如图2所示，管道131包括若干流道1311；流道1311为螺旋半径逐渐增大的螺旋状结构；若干流道1311串联连通构成管道131。

本实用新型实施例1提供的异形板翅式冷却器，第一、将管道131设计为螺旋状结构，其一，可以在有限的板面面积内增加待冷却流体的流程，使得待冷却流体在流动过程中具有较高的流动换热综合性能，增加异形板翅式冷却器的换热量；其二，增加了待冷却流体的换热面积；提高换热效率；其三，在待冷却流体流动过程中，螺旋结构为流体的流动提供向心力，增加流体的流速，一方面，流体流速高，具有一定剪切力，结垢倾向低；另一方面，可增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率；其四，待冷却流体在螺旋半径变化的螺旋状管道131中流通，增加了待冷却流体的湍流程度，增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率。第二、管道131的螺旋半径变化设置，可进一步增加待冷却流体的湍流程度，增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率。

通过上述结构的设计，可通过增加换热面积、流体流程、流速、换热系数、换热量综合增加冷却芯体1的换热效率，即在相同的热负荷要求下，所需的换热体积更小；因此可以缩小异形板翅式冷却器的体积，降低企业成本。

具体地，流道1311的螺旋状结构的轴线与隔板11的板面平行。

优选地，如图2所示，管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向相同。通过将管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向设置为同向，两个流道1311的连接处，一个流道1311的螺旋半径小一端与相邻一个流道1311的螺旋半径大一端连通，在两个流道1311的连接处，待冷却流体流通的螺旋半径的差值最大，因此可最大程度的增加待冷却流体的湍流程度，提高换热系数，增加换热芯体1的换热效率。

优选地，如图2所示，若干管道131并列设置；相邻管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向相反。若干管道131并列设置，一方面生产工艺简单，具有较强的实用性；另一方面，可在有限的板面面积内布置更多的管道131，增加冷却芯体1的换热效率。通过将相邻管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向设置为反向，可增强若干流道1311布置的紧凑程度，即在有限的板面面积内布置最多的管道131数量，增加冷却芯体1的换热效率，优化若干管道131的布置。

优选地，如图2所示，相邻管道131间设置有若干竖直挡板15；挡板15的板面与冷却流体的流向之间具有夹角α，0°＜α≤90°；如图4所示，挡板15上设置有若干供冷却流体流通的通孔151。具体地，挡板15的高度等于通道12的高度；挡板15上均匀间隔设置有若干通孔151。

通过设置具有若干通孔151的挡板15，第一，通孔151内的冷却流体的流动类似于绕管道流，当冷却流体的速度非常高的时候，贴近通孔151内壁面的粘性扩散边界层非常薄，从而产生湍流。通过增加通道12中冷却流体的湍流，可以提高异形板翅式冷却器的传热系数；增加换热芯体1的换热效率；第二，还可以为增加冷却流体的流速提供提升空间，一方面可提高换热效率，另一方面可以进一步地增加流体的湍流程度，综合提高冷却芯体1的换热效率。第三，若干通孔151的均匀间隔设置，可使得对冷却流体的扰流作用比较均匀，最大程度的提高冷却芯体1的换热系数，提高异形板翅式冷却器的冷却效率。

优选地，如图4所示，通孔151上设置有用于增加冷却流体湍流的扰流件152。具体地，如图4所示，扰流件152包括若干扰流带1521；扰流带1521的一端固定于通孔151上，另一端可随冷却流体的流动而活动；扰流带1521可弯折，扰流带1521具有弹性；如图5所示，扰流带1521为螺旋状结构；通孔151的内边沿上均匀间隔设置有4个扰流带1521。

通过在通孔151上设置若干扰流带1521，扰流带1521可以随着冷却流体的流动而活动，因此可进一步增加冷却流体的湍流程度，提高冷却芯体1的换热系数，提高异形板翅式冷却器的换热效率。通过将扰流带1521设置为螺旋状结构，可较大程度增加扰流带1521对冷却流体的扰流效果，提高异形板翅式冷却器的换热效率。

优选地，如图1所示，通道12靠近热进封头2的一端设置有第一封条41；如图3所示，第一封条41上设置有若干用于连通若干管道131与热进封头2的第一开口411；通道12靠近热出封头3的一端设置有第二封条42；第二封条42上设置有若干用于连通若干管道131与热出封头3的第二开口(未在图中示出)；第一封条41和第二封条42构成封闭机构4。

使用本实用新型实施例1提供的异形板翅式冷却器，待冷却流体从异形板翅式冷却器的左端的热进口21进入热进封头2，然后进入每层通道12中的翅片13中进行螺旋半径变换的螺旋式流通后，进入右端的热出封头3中，经热出口31流出异形板翅式冷却器；同时，冷却流体直接进入通道12中在空隙14中流通，冷却流体和待冷却流体的流动方向互相垂直，冷却流体和待冷却流体在流通过程中进行热量交换。

实施例2：

如图1所示，本实用新型实施例2提供的异形板翅式冷却器，包括用于冷却待冷却流体的冷却芯体1、用于供待冷却流体流入的热进封头2和用于供待冷却流体流出的热出封头3，冷却芯体1包括由若干隔板11层叠构成的若干通道12；通道12中设置有若干用于流通待冷却流体的翅片13；如图6所示，翅片13包括若干供待冷却流体流通的管道131；若干管道131的外径小于通道12的竖直高度；管道131呈弯曲状；通道12中留有供冷却流体流通的间隙14；若干管道131的一端与热进封头2连通，另一端与热出封头3连通；通道12上设置有用于隔断间隙14与热进封头2、热出封头3连通的封闭机构4；通道12由上下的隔板11、翅片13和封闭机构4构成。

本实用新型实施例2提供的异形板翅式冷却器，通过将翅片13设计为管道结构，管道131的承压能力高于传统翅片的承压能力，因此可降低高流速待冷却流体对冷却芯体1造成的损伤，扩大了异形板翅式冷却器的适用承压范围；提高了异形板翅式冷却器的使用寿命；通过将翅片13设置为弯曲状管道式，换热面积高于传统翅片的换热面积，且通道12的间隙14中流通有冷却流体，提高待冷却流体与冷却流体的换热量；以上设计均可提高冷却芯体1的换热效率，即在相同的热负荷要求下，所需的换热面积更小，节约企业的成本。综上设计，异形板翅式冷却器结构稳定，具有较强的承压能力；增大了异形板翅式冷却器的适用范围；节约企业的成本。

优选地，如图6所示，管道131为螺旋半径变化的螺旋状结构。更优选地，如图6所示，管道131包括若干流道1311；流道1311为螺旋半径逐渐增大的螺旋状结构；若干流道1311串联连通构成管道131。

本实用新型实施例2提供的异形板翅式冷却器，第一、将管道131设计为螺旋状结构，其一，可以在有限的板面面积内增加待冷却流体的流程，使得待冷却流体在流动过程中具有较高的流动换热综合性能，增加异形板翅式冷却器的换热量；其二，增加了待冷却流体的换热面积；提高换热效率；其三，在待冷却流体流动过程中，螺旋结构为流体的流动提供向心力，增加流体的流速，一方面，流体流速高，具有一定剪切力，结垢倾向低；另一方面，可增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率；其四，待冷却流体在螺旋状管道131中流通，增加了待冷却流体的湍流程度，增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率。第二、管道131的螺旋半径变化设置，可进一步增加待冷却流体的湍流程度，增加冷却芯体1的换热系数，增加换热效率。

具体地，流道1311的螺旋状结构的轴线与隔板11的板面平行。

优选地，如图6所示，管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向相同。通过将管道131上的若干流道1311的螺旋半径增大方向设置为同向，两个流道1311的连接处，一个流道1311的螺旋半径小一端与相邻一个流道1311的螺旋半径大一端连通，在两个流道1311的连接处，待冷却流体流通的螺旋半径的差值最大，因此可最大程度的增加待冷却流体的湍流程度，提高换热系数，增加换热芯体1的换热效率。

优选地，如图6所示，翅片13上的相邻管道131为套入式结构；一个管道131上螺旋半径小的一端从相邻管道131上螺旋半径大的一端套入。通过将相邻管道131设计为套入式结构，因此沿待冷却流体流动方向，在有限的隔板11面积内单个翅片13上可以串联更多数量的螺旋管道131；第一，增加待冷却流体的流程，提高冷却芯体1的换热效率；第二，增加翅片13的换热面积，提高冷却芯体1的换热效率。

优选地，如图6所示，相邻翅片13间设置有若干竖直挡板15；挡板15的板面与冷却流体的流向之间具有夹角α，0°＜α≤90°；如图4所示，挡板15上设置有若干供冷却流体流通的通孔151。具体地，α＝90°，挡板15的宽度等于通道12的宽度，挡板15的高度等于通道12的高度；挡板15上均匀间隔设置有若干通孔151。

使用本实用新型实施例2提供的异形板翅式冷却器，待冷却流体从异形板翅式冷却器的左端的热进口21进入热进封头2，然后进入每层通道12中的翅片13中进行螺旋半径变换的螺旋式流通，后进入右端的热出封头3中，经热出口31流出异形板翅式冷却器；同时，冷却流体直接进入通道12中在空隙14中流通，冷却流体和待冷却流体的流动方向互相垂直，冷却流体和待冷却流体在流通过程中进行热量交换。

综上所述，本实用新型提供的异形板翅式冷却器，通过将翅片设计为管道结构，管道为螺旋半径变化的螺旋状结构，通道中留有供冷却流体流通的间隙，因此，异形板翅式冷却器结构稳定，具有较强的承压能力；同时可通过增加换热面积、流体流程、流速、换热系数、换热量综合增加冷却芯体的换热效率，即在相同的热负荷要求下，所需的换热体积更小；缩小异形板翅式冷却器的体积，降低企业的成本。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本实用新型的实质内容，在此不予赘述。

以上对本实用新型的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本实用新型的实质内容。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

设计图

异形板翅式冷却器论文和设计

异形板翅式冷却器论文和设计-许雪峰

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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