CN104990433B - 板翅式换热器 - Google Patents

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Abstract

一种板翅式换热器，包括换热芯体、第一封头、第二封头、第一流体入口管、第二流体入口管、第一连接管和第三封头。上述板翅式换热器，在第一封头和第二封头的腔体内，利用重力对进入板翅式换热器的流体的气液两相流进行气液相分离，分离后的气相和液相通过不同的入口进入换热芯体。液相通过第一封头和第三封头的下部空间进入换热芯体，气相通过第一封头和第三封头的上部空间进入换热芯体。上述板翅式换热器，通过利用板翅换热器的封头空间进行气液分离，控制两相流流动阻力增加量，实现了板翅换热器通道间的两相流均配，提高了换热效率，且不需额外增加气液分离罐，制造与维护成本低，此外结构紧凑，占用空间小，且增设的管道管程短，压降小。

Description

板翅式换热器
技术领域
本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种板翅式换热器。
背景技术
板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高等特点，与传统的管壳式换热器相比，其传热效率提高20-30％，成本可降低50％，现已广泛应用于空气分离、石油化工、航空航天等领域。
当进入换热器的换热流体为气液两相流的时候，把气相和液相均匀的分布到每层通道中是保证两相流换热正常进行的基础技术。常规的封头设置，往往难以保证气液两相均匀分配，密度大的液相在惯性作用下往往更多的进入入口管正对的通道入口，这成为换热器两相流换热效率低下，传热恶化的重要原因之一。目前，国际上通用的技术有以下几种：1、在封头内设置两相流均配挡板，通过挡板的外形设计及多种组合打孔方案来实现两相流均配。其关键是要对两相流三维流速及流量进行精确计算，但这种计算非常困难，且在两相流工况发生变化时，其挡板无法调整以适应新的工况。另外，封头内的两相流均配挡板会显著的增加流动阻力，降低系统热效率。2、换热的两相流在进入换热器前增设一个气液分离器，将分离后的气相和液相分别引入换热器，其中液相使用注液封条或者打孔管实现均匀分配进入换热器芯体。首先，该技术使用的气液分离器，为了保证分离效果，其体积往往较大，再加上支撑架和保温层，需占用较大空间。其次，气液分离器与换热器连接管路往往有较长管程，会显著增加两相流的压降。此外，增设气液分离器显著增加了设备及加工成本。
控制两相流流动阻力增加量，控制空间占用量，控制加工及生产成本，如何在保证以上三个条件的基础上实现两相流均匀分配进入板翅换热器芯体，成为板翅式换热器的一个研究方向。
发明内容
鉴于此，有必要提供了一种能够减小两相流流动阻力增加量、减小空间占用量，降低加工及生产成本的，能够实现两相流均匀分配的板翅式换热器。
一种板翅式换热器，包括换热芯体、第一封头、第二封头、第一流体入口管、第二流体入口管、第一连接管和第三封头；
所述第一封头焊接于所述换热芯体顶部的侧面，所述第一封头的上部空间和下部空间分别和所述换热芯体连通，所述换热芯体对应于所述第一封头的下部空间的位置设有第一封条入口，所述第一封头的下部空间通过所述第一封条入口和所述换热芯体连通，所述第一流体入口管和所述第一封头连通；
所述第二封头焊接于所述换热芯体底部的侧面，所述换热芯体对应于所述第二封头的下部空间的位置设有第二封条入口，所述第二封头的下部空间通过所述第二封条入口和所述换热芯体连通，所述第二流体入口管和所述第二封头连通；
所述第三封头设于所述换热芯体的底部的端面，所述第一连接管的一端和所述第三封头连通，所述第一连接管的另一端和所述第二封头的上部空间连通。
在其中一个实施例中，所述换热芯体对应于所述第一封头的上部空间的位置设有第三封条入口，所述第一封头的上部空间通过所述第三封条入口和所述换热芯体连通。
在其中一个实施例中，所述板翅式换热器还包括第二连接管和第四封头，所述第四封头设于所述换热芯体的顶部的端面，所述第一封头的顶部设有气体出口，所述第二连接管的一端和所述第四封头连通，所述第二连接管的另一端和所述第一封头的顶部的气体出口连通。
在其中一个实施例中，所述第二连接管有多根，所述第一封头的上部空间通过多根所述第二连接管和所述第四封头连通。
在其中一个实施例中，所述板式换热器还包括第三连接管，所述换热芯体顶部和所述第一封头相对的一侧还设有第五封头，所述第一封头的底部设有液体出口，所述第三连接管的一端和所述第五封头连通，所述第三连接管的另一端和所述液体出口连通。
在其中一个实施例中，所述第三连接管有多根，所述第五封头通过多根所述第三连接管和所述第一封头的下部空间连通。
在其中一个实施例中，所述第一连接管有多根，所述第三封头通过多根所述第一连接管和所述第二封头的上部空间连通。
在其中一个实施例中，所述第一连接管远离所述第三封头的一端从所述第二封头的底部伸入第二封头的上部空间，将所述第二封头的上部空间和所述换热芯体连通。
上述板翅式换热器，在第一封头和第二封头的腔体内，利用重力对进入板翅式换热器的流体的气液两相流进行气液相分离，分离后的气相和液相通过不同的入口进入换热芯体。其中，液相通过第一封头和第三封头的下部空间进入换热芯体，气相通过第一封头和第三封头的上部空间进入换热芯体。上述板翅式换热器，通过利用板翅换热器的封头空间进行气液分离，控制两相流流动阻力增加量，实现了板翅换热器通道间的两相流均配，提高了换热效率，且不需额外增加气液分离罐，制造与维护成本低，此外结构紧凑，占用空间小，且增设的管道管程短，压降小。
附图说明
图1为一实施方式的板翅式换热器的结构示意图；
图2为另一实施方式的板翅式换热器的结构示意图；
图3为又一实施方式的板翅式换热器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，如下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一实施方式的板翅式换热器100，包括换热芯体10、第一封头20、第一流体入口管30、第二封头40、第二流体入口管50、第三封头60和第一连接管70。
换热芯体10由多个通道分层叠置起来钎焊而成。
第一封头20具有腔体，该腔体具有一定的容积空间。将板翅式换热器100安装好后，第一封头20腔体的上部称之为上部空间，第一封头20腔体的下部称之为下部空间。进入第一封头20的流体，在该第一封头20的腔体内能够进行气液相分离。第一封头20焊接于换热芯体10顶部的侧面。第一封头20的上部空间和下部空间分别和换热芯体10连通。具体的，换热芯体10对应于第一封头20的下部空间的位置设有第一封条入口12。第一封头20的下部空间通过第一封条入口12和换热芯体10连通。进一步的，第一封条入口12可设于换热芯体10对应于第一封头20底部的位置。第一流体入口管30和第一封头20连通。
第二封头40具有腔体，该腔体具有一定的容积空间。将板翅式换热器100安装好后，第二封头40腔体的上部称之为上部空间，第二封头40腔体的下部称之为下部空间。进入第二封头40的流体，在该第二封头40的腔体内能够进行气液相分离。第二封头40焊接于换热芯体10底部的侧面。换热芯体10对应于第二封头40的下部空间的位置设有第二封条入口14。第二封头40的下部空间通过第二封条入口14和换热芯体10连通。进一步的，第二封条入口14可设于换热芯体10对应于第二封头40底部的位置。第二流体入口管50和第二封头40连通。
第三封头60设于换热芯体10的底部的端面。第一连接管70的一端和第三封头60连通，第一连接管70的另一端和第二封头40的上部空间连通。第二封头40的上部空间通过第一连接管70以及第三封头60和换热芯体10连通。具体在本实施方式中，第一连接管70远离第三封头60的一端从第二封头40的底部伸入第二封头40的上部空间，将第二封头40的上部空间和换热芯体10连通。
上述板翅式换热器100，在第一封头20和第二封头40的腔体内，利用重力对进入板翅式换热器100的流体的气液两相流进行气液相分离，分离后的气相和液相通过不同的入口进入换热芯体10。其中，液相通过第一封头20和第三封头40的下部空间进入换热芯体10，气相通过第一封头20和第三封头40的上部空间进入换热芯体10。上述板翅式换热器100，通过利用板翅换热器100的封头空间进行气液分离，控制两相流流动阻力增加量，实现了板翅换热器100通道间的两相流均配，提高了换热效率，且不需额外增加气液分离罐，制造与维护成本低，此外结构紧凑，占用空间小，且增设的管道管程短，压降小。
在本实施方式中，第一连接管70的数量可以是一根也可以是多根。当第一连接管的数量为多根时，第三封头60通过多根第一连接管70和第二封头40的上部空间连通。
上述板翅式换热器100，气液相分离后的气相入口和液相入口，其几何尺寸及在换热芯体10上的相对位置需满足流动压降计算的要求。气相和液相在气液相分离封头内分离，在注液封条液相注射口汇合，基于此，需依据气液两相流的物理条件(包括含气率、气液相密度、气液相粘度和流量等)，对气相和液相从气液相分离封头至注液封条液相注射口处的流动压降分别进行计算，计算应该满足气相的流动压降等于液相流动压降，以确保气相基本从气相入口进入换热芯体10，液相基本从液相入口进入换热芯体10。
具体的，第一封头20的上部空间可以通过如下两种方式和换热芯体10连通。即第一封头20内的气相可以通过如下两种方式进入换热芯体10。
请参考图1，在图1所示的实施方式中，板翅式换热器100还包括第二连接管75和第四封头80。第四封头80设于换热芯体10的顶部的端面。第一封头20的顶部设有气体出口(图未标)。第二连接管75的一端和第四封头80连通，第二连接管75的另一端和第一封头20的顶部的气体出口连通。在第一封头20内气液分离后的气相通过第二连接管75和第四封头80进入换热芯体10。
在本实施方式中，第二连接管75的数量可以是一根也可以是多根。请参考图2，当第二连接管75的数量为多根时，第一封头20的顶部通过多根第二连接管75和第四封头80连通。
第一封头20内的气相还可以通过如下的方式进入换热芯体10。请参考图3，换热芯体10对应于第一封头20的上部空间的位置设有第三封条入口16。第一封头20的上部空间通过第三封条入口16和换热芯体10连通。第一封头20内的气相通过第三封条入口16进入换热芯体10。进一步的，第三封条入口16可设于换热芯体10对应于第一封头20顶部的位置。
在图2所示的实施方式中，板式换热器100还包括第三连接管85。换热芯体10顶部和第一封头20相对的一侧还设有第五封头90。第一封头20的底部设有液体出口(图未标)。第三连接管85的一端和第五封头90连通，第三连接管85的另一端和液体出口连通。第一封头20的下部空间通过第三连接管85以及第五封头90和换热芯体10连通。第一封头20下部的部分液体可以通过第三连接管85以及第五封头90进行换热芯体10。
在本实施方式中，第三连接管85的数量可以是一根也可以是多根。当第三连接管的数量为多根时，第五封头90通过多根第三连接管85和第一封头20的下部空间连通。
请参考图1，板翅式换热器100还包括第六封头92和第一流体出口管94。第六封头92焊接于换热芯体10底部和第二封头40相对的一侧。第一流体出口管94和第六封头92连通。从第一流体入口管30进入换热芯体10的流体，从第六封头92和第一流体出口管94流出换热芯体10。
请参考图1，板翅式换热器100还包括第七封头96和第二流体出口管98。第七流体封头96焊接于换热芯体10顶部和第一封头20相对的一侧。第二流体出口管98和第七封头96连通。从第二流体入口管50进入换热芯体10的流体，从第七封头96和第二流体出口管98流出换热芯体10。
上述板翅式换热器100工作时，热流体从第一流体入口管30进入第一封头20，热流体的气液两相流体在换热芯体10内从上往下流动。在第一封头20内，热流体的液相密度相对较大，液相在重力作用下会下沉至第一封头20的下部，并经第一封条入口12进入换热芯体10。气相密度相对较小，会积聚在第一封头20的上部，并经第二连接管75或第三封条入口16进入换热芯体10，气相在换热芯体10内向下流动带动第一封条入口12注入的液相均匀流动。
冷流体从第二流体入口管50进入第二封头40内。冷流体的气液两相流体在换热芯体10内从下往上流动。在第二封头40内，冷流体的液相密度相对较大，液相在重力作用下会下沉至第二封头40的下部，并经第二封条入口14进入换热芯体10。气相密度相对较小，会积聚在第二封头40的上部，并通过第一连接管70和第三封头60进入换热芯体10，气相在换热芯体10内向上流动从而带动第二封条入口14注入的液相均匀流动。
冷热流体在换热芯体10内进行换热后，从第一流体入口管30进入换热芯体10的热流体，从第六封头92和第一流体出口管94流出换热芯体10。从第二流体入口管50进入换热芯体10的冷流体，从第七封头96和第二流体出口管98流出换热芯体10。
该板翅式换热器100可利用第一封头20和第二封头40进行气液分离，可用于深冷多元混合工质节流制冷系统，实现100K温区制冷。还可以用于大型天然气液化混合工质制冷系统，实现天然气液化。在控制两相流流动阻力增加量，控制空间占用量，控制加工及生产成本的基础上实现了两相流体均匀分配进入板翅式换热器100各通道，提高了板翅式换热器100的效率。
上述公开内容仅描述了本发明的基本特征，本领域的技术人员可以通过这些内容理解本发明的基本思想，并且会承认，其他本发明未提及的具体实施形式，如不同的翅型、封头等部件的具体结构形式，不同的多股流布置等也是在本发明精神和权利要求范围内的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种板翅式换热器，其特征在于，包括换热芯体、第一封头、第二封头、第一流体入口管、第二流体入口管、第一连接管和第三封头；
所述第一封头焊接于所述换热芯体顶部的侧面，所述第一封头的上部空间和下部空间分别和所述换热芯体连通，所述换热芯体对应于所述第一封头的下部空间的位置设有第一封条入口，所述第一封头的下部空间通过所述第一封条入口和所述换热芯体连通，所述第一流体入口管和所述第一封头连通；
所述第二封头焊接于所述换热芯体底部的侧面，所述换热芯体对应于所述第二封头的下部空间的位置设有第二封条入口，所述第二封头的下部空间通过所述第二封条入口和所述换热芯体连通，所述第二流体入口管和所述第二封头连通；
所述第三封头设于所述换热芯体的底部的端面，所述第一连接管的一端和所述第三封头连通，所述第一连接管的另一端和所述第二封头的上部空间连通。
2.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述换热芯体对应于所述第一封头的上部空间的位置设有第三封条入口，所述第一封头的上部空间通过所述第三封条入口和所述换热芯体连通。
3.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述板翅式换热器还包括第二连接管和第四封头，所述第四封头设于所述换热芯体的顶部的端面，所述第一封头的顶部设有气体出口，所述第二连接管的一端和所述第四封头连通，所述第二连接管的另一端和所述第一封头的顶部的气体出口连通。
4.如权利要求3所述的板翅式换热器，其特征在于，所述第二连接管有多根，所述第一封头的上部空间通过多根所述第二连接管和所述第四封头连通。
5.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述板翅式换热器还包括第三连接管，所述换热芯体顶部和所述第一封头相对的一侧还设有第五封头，所述第一封头的底部设有液体出口，所述第三连接管的一端和所述第五封头连通，所述第三连接管的另一端和所述液体出口连通。
6.如权利要求5所述的板翅式换热器，其特征在于，所述第三连接管有多根，所述第五封头通过多根所述第三连接管和所述第一封头的下部空间连通。
7.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述第一连接管有多根，所述第三封头通过多根所述第一连接管和所述第二封头的上部空间连通。
8.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述第一连接管远离所述第三封头的一端从所述第二封头的底部伸入第二封头的上部空间，将所述第二封头的上部空间和所述换热芯体连通。
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