CN109405358A - 一种高换热效率蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高换热效率蒸发器，由包括多个换热板片、前尾板和后尾板组成的板式换热器组件，在每一个换热板片的热侧开设有一对进出热源的封闭角孔，冷侧开设有一进液封闭角孔，冷侧原有的出液封闭角孔位置形成开放式出液口，同时在前尾板和后尾板的对应位置分别开设有热侧进出口和蒸发侧进口，所述板式换热器组件置于密闭的容器中，在所述容器上分别开设有物料进出口。本发明能有效解决出口流体分布不均匀和较大的阻力降问题，提高换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热设备，尤其涉及一种高换热效率的板式换热器。属于节能换热器技术领域。
背景技术
现在，制冷行业使用的板式蒸发器用换热器，由于物料(或冷媒)由进料流道，分别引入换热流道，再流入出料流道。由于绝大部分的液体已经汽化，在出料流道内流体的体积流量达到最大，流速最高，在出料流道内产生了较大的阻力降，使得部分液体可能大量涌入靠近进出口所在的端板，越靠近端板流程(流体流过的路程或距离)越短，在通用的阻力降的情况下，所流过的流体将越多，这样就造成了物料(冷媒)在每一个换热流道的分布及不均匀，同时，在出料流道的较高的阻力降，也使得进口处的蒸发压力较高，当然蒸发温度也较高，因此，换热器的有效平均温差将降低，完成同样换热量就需要更多的换热面积。从而使得板式换热器(蒸发器)整体表现不尽人意，进而使热泵机组的能效比降低。
目前普遍采取的方式是设计各式各样的进口分布器：比如导流管，导流环，小孔(小缝)分布器等等，不仅给设计和生产有较大带来较大的困难，而且这一类型的分布器是专门针对一定流量压力等工况量身定做的，如果工况发生变化，其分布器的效果将降低。现有分布器如果设计合理，加工精确，可能能部分解决流体分布的问题，但没有解决出口流道的产生了较大的阻力降，使进口处蒸发压力和温度增加的问题。该问题在拥有第一流体通道和第二流体通道的热交换器的某专利产品也是一样的。
总之，流体分布不均匀和较大的阻力降，在板式换热器作为蒸发器使用时普遍存在的一个世界性的难题。也阻碍了板式换热器在更多的工况下使用，特别是要求更高的能效比的热泵机组。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种高换热效率蒸发器，能有效解决出口流体分布不均匀和较大的阻力降问题，提高换热效率。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高换热效率蒸发器，由包括多个换热板片、前尾板和后尾板组成的板式换热器组件，在每一个换热板片的热侧开设有一对进出热源的封闭角孔，冷侧开设有一进液封闭角孔，冷侧原有的出液封闭角孔位置形成开放式出液口，同时在前尾板和后尾板的对应位置分别开设有热侧进出口和蒸发侧进口，所述板式换热器组件置于密闭的容器中，在所述容器上分别开设有物料进出口。
优选地，在所述开放式出液口位置形成一延伸板片，延伸板片加工成波纹结构。
优选地，所述容器内的板式换热器组件分为负责将绝大部分的物料蒸发并维持该段不过热的主蒸发段和负责将主蒸发段未被蒸发的物料经过自然循环将其蒸发气化的再沸段，即在板式换热器组件上分别开设蒸发器物料进口和再沸段物料进口，容器内的液体在再沸段的自然循环的推动力与热虹吸管的原理相同。
优选地，在所述蒸发器物料进口处设置有文丘里管进料喷射器，所述文丘里管进料喷射器通过一循环泵与连接容器底部的文氏管相连接。
优选地，在同一容器中放置一台或多台板式蒸发器。
优选地，所述板式换热器组件热侧根据需要设置为单程、双程或者多程。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
由于板式换热器的传热膜系数可以高达2000～2500W/K.m2，是管式满液式蒸发器的4-5倍，而且由于其紧凑的结构，其体积后占地面积仅为管式蒸发器的十分之一。
对于传统的板式换热器作蒸发器时，由于流体在平行的流道间有不均匀的分配，为使流体分配相对均匀一些，通常都将其板片的波纹设计成大角度的波纹，使其在流道内可以产生相对于角孔(流道)大得多的阻力降，这样又使换热器下部的蒸发压力和温度变高，使得与(蒸发器)热侧的温差变低，为保持有足够的温差，不得不将蒸发器的蒸发温度和压力降低，来保持与热侧有足够温差，使热交换得以持续。另外，由于冷侧(蒸发侧)的阻力降较大时，其热侧的阻力降也相应的变大，冷冻水系统的循环泵的扬程也将变高，因此，循环水泵的电力消耗也增加了，整个系统的能效比就将下降。本发明的蒸发器，由于解决了流体分布的问题，蒸发侧的阻力降可以设计的很低(可以低至10kPa左右)，热侧(冷冻水侧)阻力降也同时降低至20kPa左右。因此，本专利蒸发器在换热器的冷侧和热侧都有良好的表现。
如果采用传统的板式蒸发器，为防止蒸发的制冷剂夹带有液体，一般采用如下两种方式：
a)将蒸发侧设计成过热的蒸发器，即制冷剂为过热蒸汽，这样将使换热器的面积有较大的增加。因为，气体的传热膜系数很低，并且由于有2-3℃过热，使得换热器的有效温差变低。
b)还有就是采用没有过热的蒸汽器，但这样会使蒸发侧出口是汽液两相，为防止液体进入离心式压缩机，必须另外增加一台汽液分离器，这样将增加机组的成本，和整机的占地面积。增加汽液分离器将带来一新的问题，就是分离出来的液态制冷剂如何排除的问题。而本专利可以很好将这部分液体经过再沸段进行二次蒸发，或用文丘里喷射器将其抽取出来与冷凝器过来的制冷剂混合后再次进入蒸发器。
相对于传统的板式满液式蒸发器而言，当系统的制冷量较大时，蒸发器的面积和直径将会很大，为了将换热管全部淹没，制冷的用量将很大，同时其液位也很大。由于这个液位所产生的静压也很大，使得蒸发器下部的蒸发压力和温度提高，将换热器的有效温差拉低，换热效率也被拉低。为了减少设备体积，通常都选择直径很小的换热管，或/和将热侧设计成多程的形式，其阻力降也在60～70kPa左右。所以本专利的板式换热器在冷热侧的表现也优于管式满液式蒸发器。而且，制冷剂的用量将大大少于管式蒸发器。降低了制冷剂的成本。
附图说明
图1为本发明实施例中的换热板片加前后尾板的结构示意图。
图2为本发明实施例中的换热板片蒸发侧物料出口的结构示意图。
图3为本发明实施例中的整个换热板片的结构示意图。
图4为本发明实施例中组装后的板式换热器组件的结构示意图。
图5为本发明实施例中板式换热器组件的工作原理图。
图6为本发明实施例中的换热板片蒸发侧物料出口优化后的结构示意图。
图7为本发明实施例中的整个换热板片优化后的结构示意图。
图8为本发明实施例中的板式换热器组件置于容器中的结构示意图。
图9为本发明实施例中的板式换热器组件分为再沸段和主蒸发段后的结构示意图。
图10为本发明实施例中的容器采用文丘里管后的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1，本发明涉及一种高换热效率蒸发器，由包括多个换热板片11、前尾板12和后尾板13组成的板式换热器组件1，在每一个换热板片11的热侧开设有一对进出热源的封闭角孔1.1，冷侧开设有一进液封闭角孔1.2，而冷侧原有的出液封闭角孔通过切割后形成开放式出液口1.3，同时在前尾板12和后尾板13的对应位置分别开设有热侧进出口和蒸发侧进口，将传统换热板片的出口位置进行切割，使每一个流道的汽化物料的流程一致，不会受到流程的不一致造成的流量和压力的不一致。该结构可以充分利用现有工厂的模具，不需要改造或从新制作模具。只需要对部分板片或制作好的设备进行切割，即可提高换热器的效率。
如图1-5所示，蒸发器的蒸发侧出口侧面的上部部分切开，将每一个蒸发侧流道的出口成为一个开放的流道，完全除去了角口流道，也没有任何的阻力降，每一个流道出口连接的容器内压力完全一致。蒸发侧物料进口与传统板式换热器一样从下面的接口进入，由于这时物料的气体含量较小，流体的整体体积流量相对于蒸发后出口处很小，在进口角孔流道内产生的阻力降也很小。热侧的物料则与传统的板式换热器一样，从另一侧的进口经接口进入角口流道再进入每一个换热流道，最后经出口角孔流道排出。
如图6和7所示，由于原板片在蒸发侧出口位置冲孔，板片的部分换热面积相应减小，采用本专利技术之后，原蒸发侧出口处的出口的角孔被取消了，则可以通过新的模具在原板片蒸发侧出口冲孔处形成一延伸板片1.4，延伸板片1.4加工成波纹结构，使得冲孔位置变成了有效的换热面积，使得整个换热器的面积增加，同时提高了材料的利用率。
如图8所示，由于蒸发侧出口位置设计成了开放式结构，汽化过程中产生的气态物料和少量的液体无法像传统的换热器结构，通过出口管道排出，必须另外进行密封收集，故此，将上述板式换热器组件1置于密闭的容器2中，在所述容器2上分别开设有物料进出口，如此一来，蒸发过程中产生的气态物料由物料出口排出，液体则流入容器底部。
如图9所示，随着使用时间的增加，容器内的液体会越积越多，当液体碰到板式换热器组件时就会影响蒸发器的正常使用，为此将容器内的板式换热器组件1分为主蒸发段1.5和再沸段1.6，即在板式换热器组件1上分别开设蒸发器物料进口1.7和再沸段物料进口1.8，主蒸发段负责将绝大部分的物料蒸发并维持该段不过热，保持冷热侧的有效温差。再沸段负责将主蒸发段未被蒸发的物料经过自然循环将其蒸发气化，以维持容器内的液位。容器内的液体在再沸段的自然循环的推动力与热虹吸管的原理相同。
如图10所示，对于容器内的液体和汽化物料的另一种处理方式，在所述蒸发器物料进口1.7处设置有文丘里管进料喷射器3，所述文丘里管进料喷射器3通过一循环泵4与连接容器2底部的文氏管5相连接。文丘里管进料喷射器，进口处用文丘里管作为减压和雾化器，使液体很好的雾化，使进料形成均质的雾化两相流，同时在其喉部将容器内的未被气化的液体吸入，此时，即使不采用两段式蒸发器也可让未气化的液体自然循环至蒸发器内进行二次蒸发，维持容器内的液位。用文式管，可以保持液位最低，减少制冷剂的用量(对制冷行业来讲)。
上述所有形式的换热器的热侧根据需要可以是单程的，也可以是双程或多程，以适应不同工况下的换热。
根据蒸发器能力的需要，可以在同一容器内放置一台或多台板式蒸发器，这样可以成倍的提供蒸发器的能力，使现有较小的蒸发器的能力数倍的提高。由于钎焊式板式换热器单台的换热器面积的提高，受到加工设备和正品率的限制，单台换热器的换热器面积的提高，到了一定程度后，将变得极其困难，或无法完成。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高换热效率蒸发器，由包括多个换热板片(11)、前尾板(12)和后尾板(13)组成的板式换热器组件(1)，在每一个换热板片(11)的热侧开设有一对进出热源的封闭角孔(1.1)，冷侧开设有一进液封闭角孔(1.2)，其特征在于：冷侧原有的出液封闭角孔位置形成开放式出液口(1.3)，同时在前尾板(12)和后尾板(13)的对应位置分别开设有热侧进出口和蒸发侧进口，所述板式换热器组件(1)置于密闭的容器(2)中，在所述容器(2)上分别开设有物料进出口。
2.根据权利要求1所述的一种高换热效率蒸发器，其特征在于：在所述开放式出液口(1.3)位置形成一延伸板片(1.4)，延伸板片(1.4)加工成波纹结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种高换热效率蒸发器，其特征在于：所述容器(2)内的板式换热器组件(1)分为负责将绝大部分的物料蒸发并维持该段不过热的主蒸发段(1.5)和负责将主蒸发段未被蒸发的物料经过自然循环将其蒸发气化的再沸段(1.6)，即在板式换热器组件(1)上分别开设蒸发器物料进口(1.7)和再沸段物料进口(1.8)，容器内的液体在再沸段的自然循环的推动力与热虹吸管的原理相同。
4.根据权利要求1或2所述的一种高换热效率蒸发器，其特征在于：在所述蒸发器物料进口(1.7)处设置有文丘里管进料喷射器(3)，所述文丘里管进料喷射器(3)通过一循环泵(4)与连接容器(2)底部的文氏管(5)相连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种高换热效率蒸发器，其特征在于：在同一容器(2)中放置一台或多台板式蒸发器。
6.根据权利要求1或2所述的一种高换热效率蒸发器，其特征在于：所述板式换热器组件(1)热侧根据需要设置为单程、双程或者多程。
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