專利名稱：一種適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的原表面回?zé)崞鞯闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的原表面回?zé)崞?，具體地說是一種為了有效提高燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率而使用的一種原表面換熱器。
背景技術(shù)：
微型燃?xì)廨啓C(jī)是一種新型發(fā)動(dòng)機(jī)，通常采用先進(jìn)的回?zé)嵫h(huán)，由壓氣機(jī)、回?zé)崞?、燃燒室和燃?xì)馔钙浇M成。所謂的回?zé)嵫h(huán)是指燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)為有效利用排氣余熱來預(yù)熱壓氣機(jī)出口空氣而采用回?zé)崞?，提高裝置的熱效率。一般來說，這種回?zé)崞餍鑶?dòng)與運(yùn)行在溫度在500℃到800℃、壓力在0.14MPa到1.4MPa的范圍內(nèi)，必須耐高溫高壓，而且必須滿足微型燃?xì)廨啓C(jī)對回?zé)崞饔行矢摺⒆枇π?、壽命長的要求，不僅如此，基于燃?xì)鈾C(jī)緊湊性要求，設(shè)計(jì)者必須設(shè)計(jì)出體積和重量最小，成本最低的高效緊湊式回?zé)崞鳌?br> 在微型燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)崞髦?，?yīng)用較為廣泛的是板式換熱器，通常采用的換熱表面是原表面形式。回?zé)崞饔梢幌盗斜〔y板通過焊接組裝在一起而成，首先是將兩片波紋板四周之間通過不同形式的封條焊接形成一個(gè)換熱單元，再將多組換熱單元焊接組裝形成相互間隔的冷、熱流體換熱通道，防止冷、熱兩種流體相混合。壓氣機(jī)出口的高壓空氣流過空氣側(cè)通道，燃燒室排出來的高溫燃?xì)饬鬟^與空氣側(cè)相間隔的通道來實(shí)現(xiàn)兩側(cè)的換熱傳遞。
由于燃?xì)廨啓C(jī)對回?zé)崞鞑牧媳仨毮透邷?、高壓的要求，回?zé)崞鞑牧弦呀?jīng)發(fā)展到采用薄合金板，例如用不銹鋼板經(jīng)過沖壓、打褶形成波紋板，平行疊加組焊后行成波紋板式換熱器，但不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較低(一般在20W/m2*K)，要提高回?zé)崞鞯膫鳠嵯禂?shù)，則必須減小壁厚?；?zé)崞鞴醾?cè)氣體通常給定參數(shù)為運(yùn)行溫度(排氣溫度達(dá)500～800℃)，而受熱側(cè)氣體雖然通常為經(jīng)過壓氣機(jī)壓縮的大氣中的空氣，但溫度通常不到200℃。高溫燃?xì)獾臒崃拷?jīng)波紋薄板直接傳遞給冷空氣，在薄板中產(chǎn)生較大的溫度梯度，從而容易在原表面板中產(chǎn)生高度的熱變形。
由于回?zé)崞鲀蓚?cè)介質(zhì)進(jìn)、出口結(jié)構(gòu)的影響，造成換熱通道之間的流體不均勻分配，這種流體的不均勻分配使回?zé)崞餍式档?，壓降加大，這種影響隨著回?zé)崞鱾鳠釂卧獢?shù)的增大而加劇，不僅如此，流體的不均勻分配還可能造成通道內(nèi)出現(xiàn)短路、旁路的現(xiàn)象，故在高效、緊湊式回?zé)崞髦校黧w不均勻分配是個(gè)不容忽視的問題。
在回?zé)崞鲹Q熱主體當(dāng)中應(yīng)盡可能做到局部熱負(fù)荷平衡，即使得沿回?zé)崞鳈M向，各個(gè)通道的熱負(fù)荷在盡可能小的范圍內(nèi)達(dá)到平衡，通道分配應(yīng)使各個(gè)通道的流動(dòng)長度基本相近，為使流體均布應(yīng)使一側(cè)流體在各個(gè)通道阻力基本相同。
于2002年10月3日公開的專利號為WO NO.02/077557的專利中介紹了這樣一種分體式原表面回?zé)崞骰責(zé)崞饔苫責(zé)崞鲹Q熱主體與受熱氣體進(jìn)、出口圓形管焊接組成。換熱表面采用的是CC(Cross Corrugated，交錯(cuò)人字波紋)表面，即在兩片換熱板上沖壓出尺寸相同但方向不同的波紋，兩片換熱板組焊時(shí)交錯(cuò)出一定的角度，這樣板間形成一個(gè)橫截面多變、曲折的流道，它能有效地使流體產(chǎn)生湍流，提高傳熱系數(shù)。兩片換熱波紋板通過對邊兩條直封條焊接形成燃?xì)馔ǖ?，再與第三片換熱板通過對邊兩條“L”型封條形成空氣通道，依此類推，組焊形成整個(gè)換熱主體。
于2003年12月11日公開的專利號為U.S.NO.2003/0226655的專利介紹了一種帶導(dǎo)流片的原表面回?zé)崞鲹Q熱板。換熱板采用CW(Cross Wavy，交錯(cuò)波紋)表面，這種表面在流體流動(dòng)方向通道是波動(dòng)的，且呈180°的相位差，流體流動(dòng)方向的改變將大大強(qiáng)化傳熱。在加工矩形換熱板時(shí)，先在換熱板芯子部分加工出呈平行四邊形的CW波紋，兩側(cè)預(yù)留出呈三角形的平板區(qū)，兩片換熱波紋板通過對邊兩條打摺的封條焊接形成燃?xì)馔ǖ溃倥c第三片換熱板通過對邊兩條直封條形成空氣通道。為了減少流體流動(dòng)分布的不均勻?qū)Q熱造成的影響，在換熱板形成預(yù)留的三角形平板區(qū)分別插入沿介質(zhì)流向的導(dǎo)流片，其中燃?xì)鈧?cè)導(dǎo)流板為沿燃?xì)膺M(jìn)、出口腔方向的波紋板，空氣側(cè)導(dǎo)流板為沿空氣進(jìn)、出口管方向的矩形通道。由于在換熱通道中燃?xì)膺M(jìn)口側(cè)溫度要高于出口溫度，所以在燃?xì)膺M(jìn)口側(cè)換熱板產(chǎn)生比出口側(cè)高的高溫變形與高溫腐蝕，因而在專利中將換熱板沿板進(jìn)出口中心軸分為兩部分，一部分是在燃?xì)膺M(jìn)口側(cè)，換熱板采用超級耐熱鎳不銹鋼材料，另一部分是在燃?xì)獬隹趥?cè)，采用347不銹鋼(0Cr18Ni11Nb)，兩部分沿中心軸通過焊接的方式連接起來形成一塊完整的換熱板。
但是，上面介紹的兩篇公開的專利中前一個(gè)專利提到的回?zé)崞鞔嬖谙铝械膯栴}整塊矩形換熱板上加工出波紋，空氣是通過安置在回?zé)崞髦黧w右上角圓管進(jìn)入回?zé)崞?，首先進(jìn)入進(jìn)口三角區(qū)，然后進(jìn)入換熱板芯子部分平行四邊形區(qū)，由于換熱板通道具有一定的傾角，隨著流體遠(yuǎn)離入口，流動(dòng)阻力越大，流動(dòng)速度降低，導(dǎo)致流體流動(dòng)分布的嚴(yán)重不均勻，這種流體的不均勻分配將造成通道內(nèi)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，特別是該結(jié)構(gòu)使部分流體很難到達(dá)入口三角區(qū)的頂部，即入口截面的下游，導(dǎo)致空氣很難流經(jīng)該區(qū)域與燃?xì)膺M(jìn)行換熱，在回?zé)崞鲹Q熱主體當(dāng)中將存在局部熱負(fù)荷不平衡。這種情形不僅引起換熱效率顯著下降，而且也影響回?zé)崞鞯膲勖?br> 在后一個(gè)專利中為了防止換熱板產(chǎn)生高溫變形與高溫腐蝕，將換熱板沿中心軸分為兩部分，采用不同的材料，但由于波紋板很薄，兩部分焊接時(shí)熔合與氣密性不易保證，而且在焊后會(huì)產(chǎn)生一定的翹曲變形。這不僅會(huì)增大流體在通道中的流動(dòng)阻力，而且會(huì)影響回?zé)崞髡麄€(gè)主體組焊時(shí)的緊密性。此外，在專利中并沒有提及關(guān)于波紋表面具體形式及工藝方面的技術(shù)內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，能夠使冷熱流體均能按照更加合理形式流動(dòng)，以提高回?zé)崞鳠峤粨Q效率，并大大提高緊湊度及回?zé)崞魇褂脡勖?br> 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，包括回?zé)崞髦黧w，回?zé)崞髦黧w是由若干單元組片組焊而成，每個(gè)單元組片由兩片換熱板與波紋板各邊之間的直“L”型封條焊接而成，換熱板分兩部分中心呈平行四邊形的換熱波紋片，位于換熱波紋片左右兩側(cè)的三角形的踏平區(qū)，在踏平區(qū)介質(zhì)進(jìn)、出口方向安放空氣導(dǎo)流片和燃?xì)鈱?dǎo)流片，在回?zé)崞髦黧w兩個(gè)對角空氣進(jìn)出口處布置空氣進(jìn)、出口管，在回?zé)崞髦黧w的下部安裝有燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板，燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板設(shè)置在燃?xì)膺M(jìn)氣腔上，在燃?xì)膺M(jìn)氣腔中設(shè)置燃?xì)膺M(jìn)氣管，空氣導(dǎo)流片是沿著空氣進(jìn)、出回?zé)崞髦黧w的方向安放進(jìn)踏平區(qū)，空氣導(dǎo)流片劃分成至少兩段區(qū)域，每個(gè)區(qū)域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結(jié)構(gòu)，沿著流體的流動(dòng)方向波紋逐漸變疏，每個(gè)區(qū)域段中波紋板都是采用CC波紋結(jié)構(gòu)，換熱板在短邊沿空氣進(jìn)、出口邊切掉45°兩個(gè)對角，在這兩個(gè)對角上布置空氣進(jìn)、出口管，燃?xì)鈱?dǎo)流片波紋與燃?xì)膺M(jìn)口方向夾角取12～16°。
所述踏平區(qū)是整板沖出波紋后，在四周踏平而成，踏平區(qū)位于換熱板的波峰和波谷中間平面位置。
踏平區(qū)厚度在0.3～0.45mm范圍內(nèi)，踏平區(qū)的厚度與安放的空氣導(dǎo)流片和燃?xì)鈱?dǎo)流片厚度之和不大于換熱板中心波紋片的高度。
燃?xì)膺M(jìn)氣管做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α取為3.8°～5.4°的范圍內(nèi)，錐形筒沿燃?xì)膺M(jìn)口伸進(jìn)燃?xì)膺M(jìn)氣腔，其伸入長度L最佳范圍為回?zé)崞鏖L度的2/5～3/5。
換熱板中心為CW表面，流動(dòng)方向波紋曲線周期P、高度H之比為7，換熱板的波谷的內(nèi)切圓半徑與波峰的內(nèi)切圓半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕?，同樣，換熱板的波峰的內(nèi)切圓半徑與波谷的內(nèi)切圓半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕取?br> 燃?xì)膺M(jìn)氣腔內(nèi)底角采用圓弧板，圓弧板相切于燃?xì)馇坏牡装搴蛡?cè)壁板。
孔板上的圓孔，離燃?xì)膺M(jìn)氣管出口越近圓孔半徑越小，反之越大。
空氣進(jìn)口管為錐形，沿著空氣流動(dòng)方向口徑增大，并且在空氣進(jìn)口管內(nèi)沿進(jìn)口五分之一處伸入進(jìn)氣導(dǎo)流板，導(dǎo)流板延伸到進(jìn)口管端部，導(dǎo)流板由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進(jìn)口管直徑的矩形，前端拋物線區(qū)與進(jìn)口管中心線的夾角為10.8°。
本發(fā)明回?zé)崞鲹Q熱板采用CW(Cross Wavy，交錯(cuò)波紋)表面，該表面在流體流動(dòng)方向通道是波動(dòng)的，且呈180°的相位差，流體流動(dòng)方向的改變將大大強(qiáng)化傳熱，使兩側(cè)介質(zhì)的換熱效果達(dá)到最佳。換熱板結(jié)構(gòu)由橫截面方向和流動(dòng)方向波紋尺寸來確定。
對于三角區(qū)，是在一塊換熱板中心平行四邊形上壓制波紋，預(yù)留出平板三角區(qū)，這樣由于采用的材料是不銹鋼，硬度很大，在波紋與平板分界區(qū)很容易產(chǎn)生斷裂，給加工成型帶來很大困難。本發(fā)明成型分兩部分，第一步是在一塊換熱板上全部沖壓出波紋，第二步是將三角區(qū)的波紋進(jìn)行沖壓踏平，然后再來安放導(dǎo)流片。
對于回?zé)崞鲗?dǎo)流區(qū)，除了充分實(shí)現(xiàn)使流體均勻進(jìn)入波紋換熱區(qū)的作用外，由于導(dǎo)流部分面積在整個(gè)換熱面積中占相當(dāng)比例，對于緊湊式高效回?zé)崞鳎覀儗?dǎo)流區(qū)進(jìn)行強(qiáng)化換熱。本發(fā)明導(dǎo)流片我們采用CC波紋片，使導(dǎo)流充分，壓降減小，而且增大換熱面積，有效提高換熱效率。此外，為了節(jié)約模具費(fèi)用，兩側(cè)導(dǎo)流板采用相同的波紋結(jié)構(gòu)。
對于空氣進(jìn)口導(dǎo)流板，由于入口截面流體上、下游分配不均勻?qū)⒃斐赏ǖ纼?nèi)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，為了使流體沿入口截面經(jīng)導(dǎo)流板均勻進(jìn)入回?zé)崞髦黧w，本發(fā)明將進(jìn)口導(dǎo)流板分為三個(gè)區(qū)域段，三個(gè)區(qū)域段分別采用不同的波紋板結(jié)構(gòu)，沿著流體的流動(dòng)方向波紋逐漸變疏，每個(gè)區(qū)域段中波紋板結(jié)構(gòu)是相同的，通過采用導(dǎo)流板的再分配將流體均勻?qū)牖責(zé)崞髦黧w，以減小分配不均勻性的影響。
空氣進(jìn)、出口與圓管相接，所以進(jìn)、出口面積較小，為增大進(jìn)、出口面積，減少空氣進(jìn)、出口造成的壓力損失，入口做成斜切口，也即將矩形換熱板兩個(gè)對角切掉，再將進(jìn)、出口管焊接在切口上。
本發(fā)明不僅對回?zé)崞餍咀訐Q熱板進(jìn)行改進(jìn)，以提高回?zé)崞鞯膿Q熱效率與結(jié)構(gòu)的緊湊度，壓降減到最小，而且對回?zé)崞鞯慕橘|(zhì)進(jìn)口管路也進(jìn)行了改進(jìn)，為防止流體在通道中造成短路，空氣進(jìn)口管做成錐形。
當(dāng)空氣從進(jìn)口管進(jìn)入回?zé)崞餍咀訒r(shí)，由于介質(zhì)隨著管長方向流動(dòng)時(shí)阻力增大，為使空氣進(jìn)入回?zé)崞餍咀訒r(shí)分布均勻，在進(jìn)口管內(nèi)伸入一定長度的傾斜板，形成空氣進(jìn)氣管導(dǎo)流板。
回?zé)崞魅肟诮Y(jié)構(gòu)形式對內(nèi)部流量分配起著關(guān)鍵的作用，在回?zé)崞餍倔w的入口迎面上，為使流體分布盡可能的均勻，在本發(fā)明中燃?xì)庥扇細(xì)膺M(jìn)氣腔進(jìn)入回?zé)崞髦黧w時(shí)，在燃?xì)膺M(jìn)口管與芯體入口迎面之間安置一塊矩形孔板，板上根據(jù)燃?xì)饬鲃?dòng)分配狀況打出不同半徑的圓孔，燃?xì)鈴倪M(jìn)口圓管進(jìn)入燃?xì)馇唬M(jìn)而通過孔板的作用實(shí)現(xiàn)再分配，均勻地進(jìn)入回?zé)崞髦黧w。在另一方面，加孔板可避免在燃?xì)膺M(jìn)口管出口產(chǎn)生局部高速流區(qū)，并且使燃?xì)膺M(jìn)口產(chǎn)生的壓降占整體流動(dòng)阻力的比率盡量小。通過采用中間再分配的措施，以減小分配不均勻性的影響。
本發(fā)明將燃?xì)膺M(jìn)氣腔內(nèi)底角采用圓弧板，取代矩形腔的兩塊平板，圓弧板相切于燃?xì)馇坏牡撞亢蛡?cè)壁，其目的在于使燃?xì)獬浞志鶆蜻M(jìn)入回?zé)崞髦黧w進(jìn)行換熱，避免在底角形成渦流死角，從而減小流動(dòng)阻力。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。發(fā)明中的其他目的和優(yōu)點(diǎn)也可在其中得以體現(xiàn)。


圖1(a)是本發(fā)明帶導(dǎo)流片原表面回?zé)崞髡w結(jié)構(gòu)示意圖；圖1(b)是圖1(a)中沿B-B剖面圖；圖2(a)是本發(fā)明CW表面上換熱板結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(b)是圖2(a)中局部I放大示意圖；圖2(c)是圖2(a)中沿C-C的剖面圖；圖3(a)是本發(fā)明CW表面下?lián)Q熱板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(b)是圖3(a)中局部II放大示意圖；圖3(c)是圖3(a)中沿D-D的剖面圖；
圖4(a)是本發(fā)明燃?xì)鈧?cè)導(dǎo)流片采用CC表面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(b)是本發(fā)明空氣側(cè)導(dǎo)流片采用CC表面的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4(c)是圖4(a)、(b)分別沿E、F方向的示意圖；圖5是本發(fā)明改進(jìn)后空氣入口導(dǎo)流板區(qū)域劃分示意圖；圖6是本發(fā)明燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板結(jié)構(gòu)示意圖；圖7(a)是本發(fā)明空氣進(jìn)口管結(jié)構(gòu)示意圖；圖7(b)是本發(fā)明空氣進(jìn)口管內(nèi)導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
附圖是本發(fā)明的具體實(shí)施例。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說明參照圖1(a)所示，原表面回?zé)崞饔苫責(zé)崞髦黧w1，圓形通道空氣進(jìn)、出口管6、7，燃?xì)膺M(jìn)氣管10，燃?xì)膺M(jìn)氣腔11以及燃?xì)膺M(jìn)氣導(dǎo)流孔板12焊接組成?；?zé)崞髦黧w是由若干換熱板2，3焊接而成，換熱板焊接時(shí)形成空氣進(jìn)、出口4、5，空氣進(jìn)、出口4、5外接圓形通道，空氣進(jìn)、出口管6、7分別與空氣進(jìn)口4、空氣出口5平行，被分別焊接在回?zé)崞鲀蓚€(gè)對角，空氣從空氣進(jìn)口管6流進(jìn)空氣進(jìn)口4，經(jīng)空氣導(dǎo)流片13進(jìn)入換熱波紋片18，進(jìn)而從另一側(cè)導(dǎo)流板沿空氣出口5進(jìn)入空氣出口管7，導(dǎo)出回?zé)崞髦黧w1，流出回?zé)崞鳌Ｈ細(xì)鈴娜細(xì)膺M(jìn)口管10流進(jìn)矩形燃?xì)膺M(jìn)氣腔11，通過燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12分配進(jìn)入回?zé)崞髦黧w1，從回?zé)崞髦黧w1燃?xì)膺M(jìn)口8經(jīng)燃?xì)鈱?dǎo)流片14進(jìn)入換熱板中心波紋片19進(jìn)行充分換熱，進(jìn)而從另一側(cè)導(dǎo)流板燃?xì)獬隹?流出回?zé)崞鳌?br> 本發(fā)明中原表面換熱器芯體即回?zé)崞髦黧w1由若干單元組片20組焊而成，每個(gè)單元組片20由兩片長方形波紋換熱板2，3與插在波紋板各邊之間的直“L”型封條16焊接而成，焊接的結(jié)構(gòu)為踏平區(qū)15+直“L”型封條16+踏平區(qū)15，在兩塊波紋板之間形成空氣流動(dòng)通道，每個(gè)單元組片20有與空氣流動(dòng)通道連通的一個(gè)空氣進(jìn)氣口4和一個(gè)空氣出氣口5，沿著空氣進(jìn)、出口方向分別在踏平區(qū)15安放空氣導(dǎo)流片13。在各單元組片20之間與插入的打褶的封條17焊接形成燃?xì)馔ǖ?，燃?xì)鈴娜細(xì)膺M(jìn)口8進(jìn)入回?zé)崞髦黧w1進(jìn)行換熱，從另一側(cè)燃?xì)獬隹?流出回?zé)崞?，同樣沿著燃?xì)膺M(jìn)、出口方向分別在踏平區(qū)15安放燃?xì)鈱?dǎo)流片14。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，兩片波紋換熱板2、3，波紋區(qū)換熱波紋片18、19波紋流動(dòng)方向呈180°的相位差，通過四周密封條焊接形成的一個(gè)換熱單元組片20，間隔分別形成空氣、燃?xì)饬鲃?dòng)通道。換熱板2，3成型分兩部分第一步是在單片換熱平板上全部沖壓出波紋，第二步是將三角區(qū)的波紋進(jìn)行沖壓踏平，然后再來安放導(dǎo)流片。
分別在踏平區(qū)15中安放的燃?xì)鈱?dǎo)流片13、14采用CC波紋板，使流體經(jīng)過導(dǎo)流板的充分導(dǎo)流進(jìn)入芯子波紋區(qū)進(jìn)行充分換熱，達(dá)到熱平衡。為了節(jié)約模具費(fèi)用，兩側(cè)燃?xì)鈱?dǎo)流片13、14采用相同的波紋結(jié)構(gòu)。此外，CC波紋板具有一定的承壓能力。燃?xì)鈱?dǎo)流片13、14在流動(dòng)方向采用直通道，壓損小，當(dāng)兩種介質(zhì)分別從各自進(jìn)口流入，對于每一股流體它們流經(jīng)整個(gè)換熱通道的路徑是相同的，也即壓降是相同的，避免了通道內(nèi)流體流動(dòng)不均。
在形成一個(gè)空氣側(cè)換熱通道時(shí)，為增大進(jìn)、出口面積，減少空氣進(jìn)、出口造成的壓力損失，入口做成斜切口，也即將矩形換熱板2、3兩個(gè)對角切掉，焊接兩塊換熱板2、3時(shí)將形成一系列各自平行的空氣進(jìn)、出口4、5，即將空氣進(jìn)、出口4、5布置在回?zé)崞髦黧w1的兩個(gè)對角。
在空氣進(jìn)、出口4、5上分別焊接上對應(yīng)的空氣進(jìn)、出口管6、7，空氣進(jìn)、出口管6、7焊接在回?zé)崞髦黧w1時(shí)，截面為切掉圓缺的圓，其圓缺的弦長分別與空氣進(jìn)、出口4、5寬度相吻合，而且空氣進(jìn)、出口管6、7還可以選用圓形、橢圓型等。
參照圖1(b)所示，是將燃?xì)膺M(jìn)氣管10做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α直接影響燃?xì)膺M(jìn)出口管壓降。對圓錐筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，半錐角α范圍取在3.8°～5.4°。此外，圓錐筒伸進(jìn)燃?xì)膺M(jìn)氣腔11一定長度，延伸長度影響燃?xì)膺M(jìn)入回?zé)崞髦黧w1的分布狀況與壓降，因此圓錐筒伸入長度最佳范圍為回?zé)崞鏖L度的2/5～3/5。
將燃?xì)膺M(jìn)氣腔11內(nèi)底角采用圓弧板23，取代矩形腔的兩塊平板，圓弧板23相切于燃?xì)馇?1的底板和側(cè)壁板，其目的在于使燃?xì)獬浞志鶆蜻M(jìn)入回?zé)崞髦黧w1進(jìn)行換熱，避免在底角形成渦流死角，從而減小流動(dòng)阻力。
參照圖2(a)所示，上換熱板2分兩部分構(gòu)成中心呈平行四邊形的換熱中心波紋片18，位于換熱板上的換熱中心波紋片18左右兩邊的三角形的踏平區(qū)15，踏平區(qū)15用來安放空氣導(dǎo)流片13。踏平區(qū)15的成型分兩部分，首先是在換熱板2上全部沖壓出波紋，然后是將三角區(qū)的波紋進(jìn)行沖壓踏平。踏平區(qū)15的厚度大約為原來換熱板厚度的3倍左右，約占換熱中心波紋片18高度的1/5，在踏平區(qū)15安放空氣導(dǎo)流片13，踏平區(qū)15的厚度與安放的空氣導(dǎo)流片13厚度之和不大于換熱板中心波紋片18的高度。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為了使兩側(cè)介質(zhì)的換熱效果達(dá)到最佳，取得適宜的壓降分布，換熱表面采用CW原表面，該表面在流體流動(dòng)方向通道是波動(dòng)的，且呈180°的相位差，流體流動(dòng)方向的改變將大大強(qiáng)化傳熱。此結(jié)構(gòu)由換熱板橫截面方向和流動(dòng)方向波紋尺寸來確定。
如圖2(b)是CW原表面流動(dòng)方向波紋示意圖，流動(dòng)方向成波紋曲線，從強(qiáng)化傳熱的機(jī)理來看，利用二次流并不斷改變主流方向來強(qiáng)化傳熱。流動(dòng)方向上的波紋曲線周期P、高度H之比影響流體流動(dòng)的壓力損失與換熱效率。P/H之值偏大，換熱效率降低；P/H之值偏小，壓力損失變大。所以本發(fā)明P/H最佳值取為7。
圖2(c)是CW原表面橫截面方向的波紋示意圖，空氣和燃?xì)饬魍ń孛娣e不等，根據(jù)空氣燃?xì)鈨蓚?cè)的壓力恢復(fù)系數(shù)及體積流量確定，使兩側(cè)流體流速相差不大，兩側(cè)介質(zhì)的換熱效果達(dá)到最佳。換熱板中心波紋片18上的波形由波峰24和波谷26組成，波峰24的內(nèi)切圓25半徑尺寸決定了空氣通道21截面面積，波谷26的內(nèi)切圓27半徑尺寸決定了燃?xì)馔ǖ?2截面面積。換熱板2的波谷26的內(nèi)切圓27半徑與波峰24的內(nèi)切圓25半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕?，?dāng)兩塊或更多換熱板焊接時(shí)，波峰和波谷沿著流動(dòng)通道延伸，流體在波峰和波谷之間流動(dòng)，波峰與波谷形成的流動(dòng)通道決定著介質(zhì)流動(dòng)的特性。
參照圖3(a)所示，下?lián)Q熱板3分兩部分構(gòu)成中心呈平行四邊形的換熱中心波紋片19，位于換熱板上的換熱中心波紋片19左右兩邊的三角形的踏平區(qū)15，踏平區(qū)15用來安放導(dǎo)流片。踏平區(qū)15的成型同圖2(a)介紹的方法，這里不再贅述。
如圖3(b)是下?lián)Q熱板3中CW原表面流動(dòng)方向波紋示意圖，波紋曲線同圖2(b)中所介紹的結(jié)構(gòu)。
圖3(c)是下?lián)Q熱板3橫截面波紋示意圖，換熱中心波紋片19上的波形由波峰28和波谷30組成，波峰28的內(nèi)切圓29半徑尺寸決定了燃?xì)馔ǖ?2截面面積，波谷30的內(nèi)切圓31半徑尺寸決定了空氣通道21截面面積。換熱板3的波峰28的內(nèi)切圓29半徑與波谷30的內(nèi)切圓31半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕取?br> 當(dāng)形成一個(gè)空氣通道21時(shí)，換熱中心波紋片18上的波谷26與換熱中心波紋片19上的波峰28相接。相對的，換熱中心波紋片18上的波峰24與換熱中心波紋片19上的波谷30相接就形成了一個(gè)燃?xì)馔ǖ?2。換熱中心波紋片18上的波峰24的內(nèi)切圓25與換熱中心波紋片19上波谷30的內(nèi)切圓31尺寸相同，同樣換熱中心波紋片18上的波谷26的內(nèi)切圓27與換熱中心波紋片19上波峰28內(nèi)切圓29尺寸相同。這樣我們通過調(diào)節(jié)內(nèi)切圓25和27的半徑比，就可以得到空氣通道截面21面積與燃?xì)馔ǖ澜孛?2面積的不同比?；?zé)崞魍ㄟ^邊框條上的密封條焊接在一起，利用中間換熱波紋板波峰與波谷的接觸為支撐。
單元組件20通過與打褶封條17焊接形成了燃?xì)鈸Q熱通道，從而得到側(cè)面邊框上的燃?xì)膺M(jìn)口8和另一側(cè)面邊框上的燃?xì)獬隹?。因空氣、燃?xì)鈨煞N介質(zhì)質(zhì)量流量相差不大，而燃?xì)馐怯赏钙阶龉笈懦鰜淼模膲毫χ槐却髿鈮郝愿?，空氣是?jīng)過壓縮機(jī)壓縮后壓力可達(dá)到3～6bar，因而空氣密度比燃?xì)饷芏却?，為了使兩?cè)流速相差不大，所以燃?xì)膺M(jìn)出、口8、9比空氣進(jìn)、出口4、5迎風(fēng)橫截面積要大。
參照圖4(a)所示，燃?xì)鈱?dǎo)流片14采用呈梯形的CC波紋表面，此表面為在薄板上沖壓波形。為了進(jìn)一步增強(qiáng)燃?xì)庠趯?dǎo)流區(qū)的換熱，波紋方向與燃?xì)膺M(jìn)、出口方向有一定夾角，夾角越大，阻力越大，換熱增強(qiáng)，所以燃?xì)鈱?dǎo)流片14波紋方向與燃?xì)膺M(jìn)氣方向夾角取12～16°。
參照圖4(b)所示，空氣導(dǎo)流片13采用同樣采用CC波紋板，空氣在導(dǎo)流片13中的流動(dòng)方向與其進(jìn)、出口流動(dòng)方向一致。
圖4(c)是燃、空氣導(dǎo)流片14、13表面CC波紋示意圖，波紋高度由回?zé)崞餍咀訐Q熱板波紋高度與踏平區(qū)厚度決定，其流動(dòng)阻力系數(shù)較小，具有一定的承壓強(qiáng)度，可以使整個(gè)回?zé)崞鹘Y(jié)構(gòu)更加緊湊。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是將空氣入口導(dǎo)流板劃分成若干個(gè)區(qū)域段，區(qū)域段數(shù)的確定可根據(jù)回?zé)崞鞯拈L度進(jìn)行調(diào)整，劃分越多會(huì)相應(yīng)增加模具成本，參照圖5，空氣入口導(dǎo)流板劃分成三個(gè)區(qū)域段I、II、III，每個(gè)區(qū)域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結(jié)構(gòu)，沿著流體的流動(dòng)方向波紋逐漸變疏，每個(gè)區(qū)域段中波紋板都是采用CC波紋結(jié)構(gòu)，流體通過采用空氣導(dǎo)流片13的再分配均勻?qū)牖責(zé)崞骰責(zé)崞髦黧w1，以減小分配不均勻性的影響?；?zé)崞魅肟诮Y(jié)構(gòu)形式對內(nèi)部流量分配起著關(guān)鍵的作用，通過這種進(jìn)氣方式，可以使換熱介質(zhì)均勻地進(jìn)入換熱氣，避免了由于入口截面流體上、下游分配不均勻?qū)⒃斐赏ǖ纼?nèi)出現(xiàn)短路現(xiàn)象。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是在燃?xì)膺M(jìn)氣腔11中安置燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12，參照圖1及圖6在燃?xì)庥扇細(xì)膺M(jìn)氣腔11進(jìn)入回?zé)崞髦黧w1時(shí)，在燃?xì)膺M(jìn)氣管10與燃?xì)膺M(jìn)口8之間安置一塊矩形燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12，燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12上根據(jù)燃?xì)饬鲃?dòng)分配狀況打出不同半徑的圓孔，燃?xì)鈴倪M(jìn)氣管10進(jìn)入燃?xì)馇?1，進(jìn)而通過燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12的作用實(shí)現(xiàn)再分配，均勻地進(jìn)入回?zé)崞髦黧w1。在另一方面，加燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12可避免在燃?xì)膺M(jìn)口管出口產(chǎn)生局部高速流區(qū)，并且使燃?xì)膺M(jìn)口產(chǎn)生的壓降占整體流動(dòng)阻力的比例盡量小。燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板12的開孔形式可根據(jù)燃?xì)膺M(jìn)氣管10的半錐角α以及伸入燃?xì)膺M(jìn)氣腔11的深度不同，由燃?xì)鈿鈩?dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行確定。
參照圖7(a)所示空氣進(jìn)口管6做成圓管，在進(jìn)口管內(nèi)伸入一定長度的傾斜進(jìn)氣導(dǎo)流板32，其目的在于使空氣進(jìn)入回?zé)崞餍咀訒r(shí)分布均勻，避免在管子末端形成一個(gè)“死角”，導(dǎo)致兩側(cè)介質(zhì)換熱不均勻。
圖7(b)為空氣進(jìn)氣導(dǎo)流板32展開示意圖，導(dǎo)流板32由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進(jìn)氣管6直徑的矩形。前端拋物線區(qū)與進(jìn)氣管6中心線的夾角為10.8°。
以上通過具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白實(shí)施例僅是示例形式。對本發(fā)明根據(jù)實(shí)際狀況應(yīng)用時(shí)可進(jìn)行各種變形和修改，這些變形和修改都應(yīng)落在發(fā)明人主張的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，包括回?zé)崞髦黧w(1)，回?zé)崞髦黧w(1)由單元組片(20)組焊而成，每個(gè)單元組片(20)由兩片換熱板(2、3)與波紋板各邊之間的直“L”型封條(16)焊接而成，換熱板(2、3)分兩部分中心呈平行四邊形的換熱波紋片(18、19)，位于換熱波紋片(18、19)左右兩側(cè)的三角形的踏平區(qū)(15)，在踏平區(qū)(15)介質(zhì)進(jìn)、出口方向安放空氣導(dǎo)流片(13)和燃?xì)鈱?dǎo)流片(14)，在回?zé)崞髦黧w(1)兩個(gè)對角空氣進(jìn)出口(4、5)處布置空氣進(jìn)、出口管(6、7)，其特征在于，在回?zé)崞髦黧w(1)的下部安裝有燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板(12)，燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板(12)設(shè)置在燃?xì)膺M(jìn)氣腔(11)上，在燃?xì)膺M(jìn)氣腔(11)中設(shè)置燃?xì)膺M(jìn)氣管(10)，空氣導(dǎo)流片(13)是沿著空氣進(jìn)、出回?zé)崞髦黧w(1)的方向安放進(jìn)踏平區(qū)(15)，空氣導(dǎo)流片(13)劃分成至少兩段區(qū)域，每個(gè)區(qū)域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結(jié)構(gòu)，沿著流體的流動(dòng)方向波紋逐漸變疏，每個(gè)區(qū)域段中波紋板都是采用CC波紋結(jié)構(gòu)，換熱板(2、3)在短邊沿空氣進(jìn)、出口邊切掉45°兩個(gè)對角，燃?xì)鈱?dǎo)流片(14)波紋與燃?xì)膺M(jìn)口方向夾角取12～16°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，其特征在于，所述踏平區(qū)(15)是整板沖出波紋后，在四周踏平而成，踏平區(qū)(15)位于換熱板(2、3)的波峰和波谷中間平面位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，其特征在于，踏平區(qū)(15)厚度在0.3～0.45mm范圍內(nèi)，踏平區(qū)(15)的厚度與安放的空氣導(dǎo)流片(13)和燃?xì)鈱?dǎo)流片(14)厚度之和不大于換熱板中心波紋片(18、19)的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，其特征在于，燃?xì)膺M(jìn)氣管(10)做成圓錐筒，圓錐筒的半錐角α取為3.8°～5.4°的范圍內(nèi)，錐形筒沿燃?xì)膺M(jìn)口伸進(jìn)燃?xì)膺M(jìn)氣腔(11)，其伸入長度L最佳范圍為回?zé)崞鏖L度的2/5～3/5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞鳎涮卣髟谟?，換熱板(2、3)中心為CW表面，流動(dòng)方向波紋曲線周期P、高度H之比為7，換熱板(2)的波谷(26)的內(nèi)切圓(27)半徑與波峰(24)的內(nèi)切圓(25)半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕龋瑯?，換熱板(3)的波峰(28)的內(nèi)切圓(29)半徑與波谷(30)的內(nèi)切圓(31)半徑比值為空氣與燃?xì)獾膲罕取?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，其特征在于，燃?xì)膺M(jìn)氣腔(11)內(nèi)底角采用圓弧板(23)，圓弧板(23)相切于燃?xì)馇?11)的底板和側(cè)壁板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞?，其特征在于，孔?12)上的圓孔，離燃?xì)膺M(jìn)氣管(10)出口越近圓孔半徑越小，反之越大。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)廨啓C(jī)原表面回?zé)崞鳎涮卣髟谟?，空氣進(jìn)口管(6)為錐形，沿著空氣流動(dòng)方向口徑增大，并且在空氣進(jìn)口管(6)內(nèi)沿進(jìn)口五分之一處伸入進(jìn)氣導(dǎo)流板(32)，導(dǎo)流板(32)延伸到進(jìn)口管(6)端部，導(dǎo)流板(32)由中間彎折線分為兩部分，前端為均勻拋物線，后端為一寬度等于進(jìn)口管(6)直徑的矩形，前端拋物線區(qū)與進(jìn)口管(6)中心線的夾角為10.8°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于微型燃?xì)廨啓C(jī)的原表面回?zé)崞?，在回?zé)崞髦黧w兩個(gè)對角空氣進(jìn)出口處布置空氣進(jìn)、出口管，在回?zé)崞髦黧w的下部安裝有燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板，燃?xì)膺M(jìn)口導(dǎo)流孔板設(shè)置在燃?xì)膺M(jìn)氣腔上，在燃?xì)膺M(jìn)氣腔中設(shè)置燃?xì)膺M(jìn)氣管，空氣導(dǎo)流片是沿著空氣進(jìn)、出回?zé)崞髦黧w的方向安放進(jìn)踏平區(qū)，空氣導(dǎo)流片劃分成至少兩段區(qū)域，每個(gè)區(qū)域段分別采用波紋疏密不同的波紋板結(jié)構(gòu)，沿著流體的流動(dòng)方向波紋逐漸變疏，每個(gè)區(qū)域段中波紋板都是采用CC波紋結(jié)構(gòu)，換熱板在短邊沿空氣進(jìn)、出口邊切掉45°兩個(gè)對角。本發(fā)明能夠使冷熱流體均能按照更加合理形式流動(dòng)，提高回?zé)崞鳠峤粨Q效率、緊湊度及回?zé)崞魇褂脡勖?br> 文檔編號F02C7/10GK1696482SQ20051004272
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者王秋旺, 梁紅俠, 羅來勤, 曾敏, 吳一寧, 豐鎮(zhèn)平 申請人:西安交通大學(xué)