[实用新型]一种折弯通道式高效换热结构

说明书

本实用新型公开了一种折弯通道式高效换热结构，基于卡门涡旋的形成原理，把流体通道设计成多道折弯式通道结构，每道折弯形成两种换热模式的平面：AB面处于流体流动方向的正面，强制改变了流体的运动方向而受到正面冲击，不断地以新的流体替换驱离表面的流体，极好的强化了换热效果；BC面则形成卡门涡旋，通过卡门涡旋使流体通道中心处的高温流体有规律的向换热壁面运动并与其进行热交换，从而进一步提高了换热效率。本实用新型的换热结构和紊流不同，紊流强调的是换热面表面形成紊流来强化换热效果，而本实用新型通过将流体通道设计为多道折弯式通道结构，通过加强流体冲击和卡门涡旋混流的双重作用来提升换热效果，可以将换热效率做95％以上。

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，特别是涉及一种基于卡门涡旋形成原理设计的折弯通道式高效换热结构，可以大大提升间壁式换热器的换热效率。

背景技术

换热器是基于不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，被广泛用于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，其结构型式也有所不同。按传热原理的不同，换热器具体可以分为以下几类：间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器和复式换热器等。其中，间壁式换热器是应用最为广泛的换热器。间壁式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。具体又有管壳式、套管式和其他型式的换热器。现有技术中，常规的间壁式换热器，高温流体是平行流经壁面时与壁面的换热效率非常低，尤其是远离壁面位置的流体基本不参与换热，请参阅附图1，流体快速通过平行的流体通道时，形成层流结构，中心处的高温流体H或低温流体C与紧贴换热侧壁W处的流体形成有温度梯度，通道中心处的流体f、i只能通过与靠近换热侧壁W处的流体d、g对流来进行传热，而众所周知，流体的导热系数很差，对流换热的效率很低，从而导致，中心处的流体f、i对换热效率的贡献很低。为了加强换热，人们尝试把换热壁面制造成粗糙的表面(如设计翅片结构等)以增加紊流效果来加强高温流体与壁面的换热效果，这导致换热器的结构变得复杂，加工成本增加，同时由于对中心处的流体参与换热的程度提升有限，因此对整体换热效率的提升也非常有限。

实用新型内容

基于上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种折弯通道式高效换热结构，将流体通道设计为多道折弯式结构，使流体在前行过程中冲击折弯壁面并形成规律的卡门涡旋，通过加强流体冲击和卡门涡旋的形式来强化换热，大大提高了热交换效率。

针对上述问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种折弯通道式高效换热结构，所述换热结构具有：流体通道，所述流体通道包括通过换热壁面间隔的冷态流体的流体通道和热态流体的流体通道，冷态流体和热态流体在相应的流体通道内逆向流动、并通过所述换热壁面进行热量交换，其特征在于：所述流体通道沿流体的流动方向设置有多道折弯障碍，每道所述的折弯障碍均形成有：第一换热平面和第二换热平面：所述第一换热平面处于流体流动方向的正面，强制改变了流体的运动方向而受到正面冲击；所述第二换热平面沿流体的前行方向设于所述第一换热平面的背向，流体在所述第二换热平面的表面形成卡门涡旋，通过所述卡门涡旋使所述流体通道中心处的高温流体有规律的向所述换热壁面运动并和所述换热壁面进行热交换。

进一步的，所述流体通道由平行设置的第一折弯板、第二折弯板以及第三折弯板组成，所述第二折弯板的表面形成所述换热壁面；所述第一折弯板和所述第二折弯板之间形成所述冷态流体的流体通道，所述第三折弯板和所述第二折弯板之间形成所述热态流体的流体通道，所述第一折弯板、第二折弯板和第三折弯板均沿流体的流动方向均匀设置多道折弯结构，所述折弯结构包括：流体正向冲击的第一平面和设于所述第一平面对向的第二平面，所述第一平面形成所述的第一换热平面，所述第二平面形成所述的第二换热平面。

进一步的，所述第一换热平面和所述第二换热平面之间的折弯角度α设置为：45°≤α≤135°。