CN109442806B - 一种分液相变板式换热器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分液相变板式换热器及其应用，其包括活动压紧板、固定压紧板、至少一片换热板片和若干密封垫片，所述换热板片设置在活动压紧板和固定压紧板之间；所述活动压紧板和固定压紧板与换热板片之间设置密封垫片形成流道或者相邻的换热板片直接设置密封垫片形成流道；所述流道为工质流道和冷热源流体流道，所述工质流道中分别设置第一换热区、中间区和第二换热区，在所述第二换热区的两侧边缘分别设置导液槽和第一U型通道。本发明的优点是：作为冷凝器时，实现减少冷凝液膜厚度，减少冷凝传热热阻，提高冷凝传热效果；作为蒸发器时，使蒸汽与液态工质很好混合，降低第一换热区的蒸汽干度，提高传热系数，从而提高蒸发传热效果。

Description

一种分液相变板式换热器及其应用

【技术领域】

本发明涉及换热器领域，尤其是一种作为冷凝器时能够减薄冷凝液膜，强化冷凝传热；作为蒸发器时能够降低末端工质干度，强化蒸发传热的分液相变板式换热器及其应用。

【背景技术】

板式换热器是由一组带有密封垫片的薄金属板片组成，金属板片上面的角孔依靠密封垫片形成了连续的流道，将工质从进口引流到相邻金属板片组成的流道中进行热交换。

冷凝器在工作过程中，蒸汽在冷凝壁面上冷凝，冷凝液将在壁面铺展成液膜。冷凝液膜将蒸汽与冷凝壁面分开，在重力作用下，越靠近壁面底部的冷凝液膜越厚。冷凝液膜的导热系数较差，成为蒸汽与壁面热交换的热阻，越厚的冷凝液膜造成的冷凝换热热阻越大。通过减小冷凝液膜的厚度来强化冷凝传热，提高冷凝器的冷凝效果。蒸汽冷凝过程中，气流中间会夹带着一定量的小液滴。

蒸发器在工作过程中，工质在蒸发器中沸腾蒸发，蒸发器末端的干度较高，传热系数明显降低。通过降低蒸发器末端干度，可以提高整个过程传热系数，强化蒸发传热，提高蒸发器的蒸发效果。

非共沸工质在冷凝和蒸发过程中，不同组分比例的冷凝和蒸发过程中的传热系数是不一样。通过合理控制冷凝和蒸发过程组分比例，可以提高整个换热器的传热系数。

但现有板式换热器不能及时减薄冷凝液膜而导致冷凝效果较低，板式蒸发器不能降低末端干度来提高传热系数；作为冷凝器时，无法及时把冷凝液排除，导致冷凝液膜厚度大，冷凝传热效果差；作为蒸发器时，换热区的蒸汽干度过大，蒸发传热效果也变差。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有板式换热器作为冷凝器时不能及时减薄冷凝液膜而导致冷凝效果低、作为蒸发器时末端干度太高而导致传热系数低的问题，提出一种分液相变板式换热器。其作为冷凝器时，通过中间区及时把冷凝液排除，实现减少冷凝壁面的冷凝液厚度，减少冷凝传热热阻，从而提高冷凝传热效果；作为蒸发器时，通过中间区使第二换热区出来的蒸汽与液态工质很好混合，降低第一换热区的蒸汽干度，提高传热系数，从而提高蒸发传热效果。采用非共沸工质时，分液相变板式换热器作为冷凝器时，把第一换热区冷凝出富含高沸点工质排出后，第二换热区的低沸点工质比例增高，从而提高第二换热区传热系数。分液相变板式换热器作为蒸发器时，中间区混入低沸点液态工质后，第一换热区的组分比例改变，蒸发传热系数得到提高。非共沸工质组分可调的热力系统利用分液相变板式换热器来调节非共沸工质的组分，从而使热力系统在不同实际运行工况下能够高效运行。

本发明的另一目的在于提供一种使用上述分液相变板式换热器的热力系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种分液相变板式换热器，包括活动压紧板、固定压紧板、至少一片换热板片和若干密封垫片；所述换热板片设置在活动压紧板和固定压紧板之间；所述活动压紧板与换热板片之间设置密封垫片形成流道，所述固定压紧板与所述换热板片之间设置密封垫片形成流道，或者相邻的换热板片直接设置密封垫片形成流道；所述流道由换热板片相隔为工质流道和冷热源流体流道，所述工质流道中分别设置第一换热区、中间区和第二换热区，在所述第二换热区的两侧边缘分别设置导液槽，所述第二换热区上部两侧设置横向第三密封垫片延伸，所述第二换热区的上部的中部设置开口与所述中间区相通，所述横向第三密封垫片延伸为向两侧向外倾斜向下设置，在所述横向第三密封垫片延伸与所述导液槽上部相接处设置第一U型通道，所述第一U型通道上方靠近第一密封垫片处设置导流片，所述导流片一端与所述第一密封垫片内侧边缘连接，所述导流片另一端向下弯折伸入所述第一U型通道内，并将所述导液槽与所述中间区间隔；所述导液槽与所述中间区通过第一U型通道连通。

优选的，所述第一换热区和第二换热区的换热板片表面均设有疏水涂层，以便冷凝液尽快的往下流动，有利于冷凝液排放；所述中间区换热板片表面设置亲水涂层，以便液体附着在壁面，起到气液分离的作用；所述导液槽设置防结垢涂层。

优选的，所述活动压紧板上面设置有蒸汽工质管口、第二液态工质管口、第一冷热源流体管口和第二冷热源流体管口；所述换热板片上设置有蒸汽工质角孔、第一液态工质角孔、第二液态工质角孔、第一冷热源流体角孔和第二冷热源流体角孔；所述蒸汽工质角孔与所述蒸汽工质管口连通，所述第二液态工质角孔与第二液态工质管口连通，所述第一冷热源流体角孔与所述第一冷热源流体管口连通，所述第二冷热源流体角孔与所述第二冷热源流体管口连通。

优选的，所述导液槽由第三密封垫片与第一密封垫片间隔形成，在所述导液槽底部末端于所述第二换热区的积液区连通。

优选的，所述中间区上部，所述第一液态工质角孔两侧设置分别第二U型通道，在所述第一液态工质角孔上方设置封盖垫片，所述封盖垫片的两端设置向下弯折边，所述向下弯折边伸入所述第二U型通道内，但不接触第二U型通道的底部。

优选的，所述中间区的换热板片表面设置两侧进口部的竖直波纹，中部弯型部分的弧形波纹和靠近中间出口部分的斜波纹。

优选的，所述第二换热区的平均波纹深度最佳值的计算公式为：

其中，h为第二换热区的蒸汽工质侧的平均波纹深度；

m为进入第二换热区的汽体质量流量；

N为板式换热器的蒸汽工质的总流道；

Lw为板片宽度；

G为：第二换热区的设计汽体质量流速。

优选的，所述第一换热区中位于所述第二密封垫片上方的中间区域为竖直波纹，所述中间区域的两侧为斜波纹且靠近中间区域的一端比另一端高；第二换热区为人字形波纹。

一种热力系统，其包括压缩机、分液相变板式换热器、四通阀、第一储液罐、第二储液罐和蒸发器，所述压缩机出口与四通阀的第一端口连接，所述四通阀的第二端口与所述分液相变板式换热器的蒸汽工质管口连接，所述分液相变板式换热器的第一液态工质管口与蒸发器一端连接，所述蒸发器另一端与四通阀第三端口连接，所述四通阀第四端口与所述压缩机的进口连接；所述分液相变板式换热器的第二液态工质管口与所述蒸发器一端连接。

在所述第一液态工质管口与蒸发器之间设置第二阀门，第二液态工质管口与所述蒸发器之间设置第四阀门。

在所述第一液态工质管口与蒸发器之间设置第二阀门，第二液态工质管口与所述蒸发器之间设置第四阀门。

所述第一液态工质管口与蒸发器之间设置第一储液罐，所述第一液态工质管口与所述第一储液罐之间设置第一阀门，所述第一储液罐与所述蒸发器之间设置第二阀门；第二液态工质管口与所述蒸发器之间设置第二储液罐，所述第二液态工质管口与所述第二储液罐之间设置第三阀门，所述第二储液罐与所述蒸发器之间设置第四阀门。

所述蒸发器与所述第二阀门和所述第四阀门之间连接的混合管上设置节流阀，所述节流阀与所述蒸发器连接。

本发明所述分液相变板式换热器，当作为冷凝器时，夹带液滴气流的工质通过中间区，由于气流急速转向或冲向换热板片后再急速转向，液滴受到惯性力影响，运动轨迹与气流不同而达到气液分离目的；分离出的液滴会附着在的换热板片上，由于中间区是斜波纹，液态工质会流到换热板片的两侧的导液槽中，液态工质将在导液槽中继续换热，成为过冷状态，并流到第二换热区下端；所述工质采用非共沸工质，高沸点工质比低沸点工质先冷凝成液态，富含高沸点工质从第一液态工质管口流出，低沸点工质为气态工质进入第二换热区，增加气态工质中低沸点工质的含量，从而提高第二换热区传热系数。

当作为蒸发器时，第一液态工质角孔进来的液态工质会溢出第二密封垫片，在中间区形成液帘，来自第二换热区干度较高的蒸汽在中间区与液态工质混合，从而降低第一换热区蒸汽干度；在中间区没有被气流带走的液态工质在导液槽中吸热提高温度，起到预热作用，最终流到第二换热区底部蒸发；所述第二液态工质管口流进非共沸工质，在第二换热区中蒸发，低沸点工质蒸发速度比高沸点工质快；所述第一液态工质管口流进低沸点液态工质，在中间区与来自第二换热区气态工质进行混合，增加进入第一换热区的非共沸液态工质中低沸点工质的含量，从而提高第一换热区的蒸发传热系数。

本发明所述分液相变板式换热器用于非共沸工质组分可调的热力系统，由所述的一种分液相变板式换热器作为冷凝器的热力系统，所述热力系统包括开口系和闭口系；非共沸工质组分可调的热力系统把第一液态工质管口和第二液态工质管口分别流出不同组成成分工质存储在不同储液罐中，调节热力系统中运行工质组成成分，在多种具体工况下高效运行，从而提升系统能效。

本发明所述分液相变板式换热器用于作为蒸发器的热力系统，所述热力系统包括开口系和闭口系；非共沸工质组分可调的热力系统通过分别控制第一液态工质管口和第二液态工质管口流进的不同组分工质流量，使蒸汽工质管口的工质组分比例达到要求，从而提升系统能效。

与现有技术相比，本发明有如下优点：所述第三密封垫片延伸和所述第一密封垫片形成U型通道在所述导液槽上方，当液体在U型通道的底部聚集时，就会形成液封，从而阻止汽体通过，保证流入导液槽为液体，汽体只能进入第二换热区冷凝；第一液态工质角孔的两侧加上第二U型通道，当液体在U型通道下聚集时候，就会形成液封，从而确保第一液态工质角孔流出的是液体，没有汽体；所述第一换热区和第二换热区均设有疏水涂层，以便冷凝出液体尽快往下流动，减少液膜厚度；所述中间区设置亲水涂层，以便液体附着在壁面，起到气液分离作用；所述导液槽设置防结垢涂层，可以防止导液槽结垢，减少传热系数，增加压降。

作为冷凝器时，冷凝换热过程中实现气液分离，及时把冷凝液排出，减薄冷凝液膜的厚度，在实现气液分离同时蒸汽也在冷凝，让高干度的工质进入下一流程中冷凝，提高了冷凝换热效果。作为蒸发器时，能够降低蒸发器末端蒸汽干度，提高蒸发器末端的传热系统，提高蒸发换热效果。整个板式冷凝器设计合理可靠，具有较高的工程价值。

采用非共沸工质时，分液相变板式换热器作为冷凝器时，把第一换热区冷凝出富含高沸点工质排出后，第二换热区的低沸点工质比例增高，从而提高第二换热区传热系数。分液相变板式换热器作为蒸发器时，中间区混入低沸点液态工质后，第一换热区的组分比例改变，蒸发传热系数得到提高。非共沸非共沸工质组分可调的热力系统利用分液相变板式换热器来调节非共沸工质的组分，达到热力系统在不同实际运行工况下能够高效运行目的。

【附图说明】

图1为本发明一种分液相变板式换热器实施例1的装配结构示意图；

图2为本发明一种分液相变板式换热器实施例1中换热板片的结构示意图；

图3为本发明一种分液相变板式换热器实施例1中第四密封垫片立体结构示意图；

图4为本发明一种分液相变板式换热器实施例1的第二换热区中流道的结构示意图；

图5为本发明具体实施例1分液相变板式换热器实施例1的工质流道示意图；

图6为本发明一种分液相变板式换热器实施例2的立体装配结构示意图；

图7为本发明一种分液相变板式换热器实施例2中第一换热区中间区域为竖直波纹的结构示意图；

图8为本发明一种分液相变板式换热器实施例4中导液槽第一U型通道的结构示意图；

图9为本发明一种分液相变板式换热器实施例3中第一液态工质角孔两侧的第二U型通道的结构示意图；

图10为本发明一种分液相变板式换热器第一换热区中流道的结构示意图；

图11为本发明一种分液相变板式换热器第二换热区中流道的结构示意图；

图12为本发明具体实施例2分液相变板式换热器冷凝时的换热板片工质流道示意图；

图13为图7中A-A剖视示意框图；

图14为本发明具体实施例2分液相变板式换热器冷凝时的换热板片冷热源流体流道示意图；

图15为本发明具体实施例2分液相变板式换热器冷凝时的工质流道示意图；

图16为本发明具体实施例2分液相变板式换热器冷凝时的冷热源流体流道示意图；

图17为本发明具体实施例2分液相变板式换热器冷凝时非共沸工质气相组分与传热系数图；

图18为本发明具体实施例3分液相变板式换热器蒸发时的换热板片工质流道示意图；

图19为本发明具体实施例3分液相变板式换热器蒸发时的换热板片冷热源流体流道示意图；

图20为本发明具体实施例3分液相变板式换热器蒸发时的工质流道示意图；

图21为本发明具体实施例3分液相变板式换热器蒸发时的冷热源流体流道示意图。

图22为本发明具体实施例4分液相变板式换热器蒸发时非共沸工质气相组分与传热系数图；

图23为本发明热力系统制冷时的示意图；

图24为本发明热力系统制热时的示意图。

其中，1为活动压紧板、2为固定压紧板、3为换热板片、4为蒸汽工质管口、5为第一液态工质管口、6为第二液态工质管口、7为第一冷热源流体管口、8为第二冷热源流体管口、9为蒸汽工质角孔、10为第一液态工质角孔、11为第二液态工质角孔、12为第一冷热源流体角孔、13为第二冷热源流体角孔、14为第一换热区、15为中间区、16为第二换热区、17为导流槽、18为圆形垫片、19为蒸汽工质流向、20为液态工质流向、21为冷热源流体流向，22为第一U型通道、23为第二U型通道、24为工质流道、25为冷热源流体流道、180为第一密封垫片、181为第二密封垫片、182为第三密封垫片、183为第四密封垫片、101为分液相变换热器、102为压缩机、103为第一阀门、104为第一储液罐、105为第二阀门、106为第三阀门、107为第二储液罐、108为第四阀门、109为节流阀、110为换热器、111为四通阀。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细的说明。附图显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。其中各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图2所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。

本发明所述的分液相变板式换热器，作为冷凝器时能够将冷凝过程的冷凝液分离，从而减薄液膜，减少冷凝传热热阻，达到提高冷凝器的冷凝效果的目的；作为蒸发器时，能够降低蒸发器末端蒸汽干度，提高蒸发器末端的传热系数，达到提高蒸发换热效果的目的，相对于现有换热器，具有功能齐全，且效率能够提高10％以上。

在采用非共沸工质时，本发明所述分液相变板式换热器作为冷凝器时，把第一换热区冷凝出富含高沸点工质排出后，第二换热区的低沸点工质比例增高，从而提高第二换热区传热系数；作为蒸发器时，中间区混入低沸点液态工质后，第一换热区的组分比例改变，蒸发传热系数得到提高。非共沸工质组分可调的热力系统利用分液相变板式换热器来调节非共沸工质的组分，使热力系统在不同实际运行工况下都能够高效运行。

实施例1

一种分液相变板式换热器101，如图1-5，其包括活动压紧板1、固定压紧板2、至少一片换热板片3和若干密封垫片。所述换热板片3设置在活动压紧板1和固定压紧板2之间，所述活动压紧板1与换热板片3之间设置密封垫片，形成换热流道；所述固定压紧板2与所述换热板片3之间设置密封垫片，形成换热流道。所述换热流道分别为工质流道24和冷热源流体流道25。

所述活动压紧板1和固定压紧板2分别安装在换热板片3的前后两侧；活动压紧板2上面设置有蒸汽工质管口4、第二液态工质管口6、第一冷热源流体管口7和第二冷热源流体管口8。如图10-11所示，所述换热板片3的边缘设有第一密封垫片180，在所述换热板片3两侧分别形成工质流道24和冷热源流体流道25，若干相邻的所述换热板片3之间设有第一密封垫片180依次交错堆叠组成工质流道24和冷热源流体流道25。在工质流道24中第四密封垫片183和第三密封垫片182将换热板片3内的工质流道空间间隔为第一换热区14、中间区15、第二换热区16和导液槽17。所述换热板片3在所述第一换热区14和第二换热区16的表上面均设有疏水涂层，以便冷凝液尽快的往下流动，减少液膜厚度；所述换热板片3在所述中间区15的表面设置亲水涂层，以便液体附着在壁面，起到气液分离的作用；所述导液槽17设置防结垢涂层。由于导液槽中流动的全是液体，液体的流动速度较慢容易结垢，设置防结垢涂层可以防止导液槽壁结垢，避免减小传热系数、增加压降。

所述换热板片3上设置有蒸汽工质角孔9、第二液态工质角孔11、第一冷热源流体角孔12和第二冷热源流体角孔13；所述蒸汽工质角孔9与所述蒸汽工质管口4连通，所述第二液态工质角孔11与第二液态工质管口6连通，所述第一冷热源流体角孔12与所述第一冷热源流体管口7连通，所述第二冷热源流体角孔13与所述第二冷热源流体管口8连通。

所述导液槽17分别设置在第二换热区16两侧边缘处，其由所述第三密封垫片182与所述第一密封垫片180间隔形成，在没有液封的情况下，所述导液槽17上端与中间区15之间相通。在所述导液槽17底部末端于所述第二换热区16的积液区连通。所述第二换热区16上部两侧设置横向第三密封垫片182延伸，所述第二换热区16的上部的中部设置开口与所述中间区15相通。第二换热区16的上部开口上端，第一换热区14下部设置第四密封垫片183，用于防止液体直接落入所述第二换热区16，保证干度。所述第四密封垫片183的纵向截面为曹状，可以存储部分液体，所述第四密封垫片183两侧边缘位于所述第三密封垫片182延伸上部。所述横向第三密封垫片182延伸为向两侧向外倾斜向下设置，在所述横向第三密封垫片182延伸与所述导液槽17上部相接处设置第一U型通道22，所述第一U型通道22上方靠近所述第一密封垫片180处设置导流片，所述导流片一端与所述第一密封垫片180内侧边缘连接，所述导流片另一端向下弯折伸入所述第一U型通道22内，并将所述导液槽17与所述中间区15设置可以通气的间隔。所述导液槽17与所述中间区15通过第一U型通道22连通。当液体在第一U型通道22的底部聚集时，液位上升至所述导流片末端时，就会形成液封，从而阻止汽体通过，保证流入导液槽17为液体，液体在导液槽17中过冷。汽体只能进入第二换热区16冷凝，第二换热区16因为工质干度提高，再通过表面设置的波纹结构具有较高的传热系数。

所述中间区15用于分液。所述换热板片3在中间区15的表面设置两侧进口部的竖直波纹，中部弯型部分的弧形波纹和靠近中间出口部分的向外倾斜斜波纹。所述竖直波纹设置于所述中间区15两侧进口部，这样有利于两相流形成分层流，(换热区部分采用人字形波纹，是湍流，不是分层流)，且有利于板片上液体流入导液槽17。弯型部分采用弧形波纹，有利于导流，减少换热器震动和噪音。斜波纹采用惯性分离原理分离出气流中的液滴，斜波纹也有利于液体排放，波纹倾斜角小于90°。优选的，倾斜角为50°-80°之间。所述中间区15主要有2种分液：1、是中间分液区可以看成一个大弯管，气液两相流的液相会在弯管的底部，2、波纹板片的惯性分离。第一换热区14的冷凝液通过横向第三密封垫片182延伸导流到导液槽17中。

所述换热板片3在第一换热区14的表面可以设置″人″字形波纹、斜波纹或竖直波纹等。所述第二换热区16表面可以设置″人″字形波纹、斜波纹或竖直波纹等。所述第一换热区14和所述第二换热区16的上述波纹设置，便于在低流速下获得较高传热系数。

本实施例所述分液相变板式换热器因为所述中间区15没有设置角孔进液，只能做冷凝器使用，不能用做蒸发器使用。

工作原理如下：

如图12-16所示，当分液相变板式换热器101作为冷凝器时，蒸汽由位于活动压紧板1顶部的蒸汽工质管口4进入分液相变板式换热器101内，通过蒸汽工质角孔9进入蒸汽流道中，经过第一换热区14冷凝后，在位于第二密封垫片181上方冷凝出的冷凝液，并从第一液态工质孔10流出，最后通过第一液态工质管口5流出分液相变板式冷凝器101。第一液态工质角孔10将会一直保持有液相工质，以免蒸汽从第一液态工质角孔10流出。第一换热区14两侧的冷凝液进入中间区15后，将沿斜波纹流到导液槽17，液态工质将在导液槽17中继续换热，成为过冷状态，最后流到积液区的第二液态工质角孔11。夹带液滴气流的工质通过中间区15后，由于气流急速转向或冲向换热板片后再急速转向，液滴受到惯性力影响，运动轨迹与气流不同而达到气液分离目的；分离出液滴会附着在的换热板片3上，由于中间区15是斜波纹，液态工质会流到换热板片3的两侧的导液槽17中。液态工质将在导液槽17中继续换热，成为过冷状态，流到第二换热区16下端，高干度的工质进入第二换热区16，完全冷凝成液相后和导液槽17流下的液态工质一起在积液区经过第二液态工质角孔11，从第二液态工质管口6流出分液相变板式换热器101。

分液相变板式换热器101的冷热源流体流道中冷却冷热源流体从第一冷热源流体管口7进入分液相变板式换热器101，从第一冷热源流体角孔12进入冷热源流体流道，经过第二冷热源流体角孔13，从第二冷热源流体管口8流出分液相变板式换热器101。蒸汽的流向是从上往下流，冷却冷热源流体的流向是从下往上流，通过逆流换热提高换热温差，提高了冷凝换热效果。

如图17所示，所述工质采用非共沸工质，蒸汽工质管口4流进非共沸工质(图中1in点)。随着冷凝进行，高沸点工质比低沸点工质先冷凝成液态，富含高沸点工质从第一液态工质管口5流出(图中1out点)，低沸点工质为气态工质进入第二换热区16(图中2out点)，增加气态工质中低沸点工质的含量，提高了第二换热区16的冷凝传热系数。第二液态工质管口6流出为富含低沸点工质，分液相变板式换热器101起到分离工质作用。

实施例2

一种分液相变板式换热器101，如图6-7，在实施例1的构造基础上，活动压紧板2上增加设置有第一液态工质管口5；在所述换热板片3增加设置有第一液态工质角孔10，所述第一液态工质角孔10与所述第一液态工质管口5连通。所述第一液态工质角孔10可以设置在所述中间区15的中部。所述第一液态工质角孔10可以是设置在第二密封垫片181的最低端。在本实施例中，第二密封垫片181代替了所述第四密封垫片183。所述第二密封垫片181中部设置下凹部，所述第一液态工质角孔10设置在下凹部内。

所述中间区15在第一液态工质角孔10两侧设置的是为斜波纹，靠近换热板片3的中心轴(第一液态工质角孔10)的一端比另一端高，以减少气液分离区的阻力损失；所述中间区15斜波纹的截面可以为三角形波形、梯形波形等。两片换热板片在中间区15形成的流道为″Z″字型流道。

实施例3

一种分液相变板式换热器101，如图8所示，在实施例1和实施例2的构造基础上，所述第一换热区14中位于所述第二密封垫片181上方的表面中间区域为竖直波纹，便于冷凝的液膜流下，所述中间区域的两侧为斜波纹且靠近中间区域的一端比另一端高；第二换热区16为人字形波纹。

经过中间区15的气液分离区后，进入第二换热区16的汽体的质量流速会减小，为避免第二换热区16的传热系数减小，需要通过变流道截面提高汽体的质量流速，使质量流速达到设计要求。

因此，如图15所示设置第一换热区14的制冷剂侧的流道和水侧一样；如图16所示第二换热区的制冷剂侧的流道比水侧小。

实施例4

一种分液相变板式换热器101，如图9，在实施例2的构造基础上，在所述中间区15上部，所述第一液态工质角孔10两侧设置分别第二U型通道23，在所述第一液态工质角孔10上方设置封盖垫片，所述封盖垫片的两端设置向下弯折边，所述向下弯折边伸入所述第二U型通道23内，但不接触第二U型通道23的底部。当液体在第二U型通道23下聚集时候，就会形成液封，从而确保第一液态工质角孔10流出的是液体，没有汽体。

本发明的具体实施例2、实施例3和实施例4的工作原理如下：

如图18-21所示，当分液相变板式换热器101作为蒸发器时，一部分液态工质从第二液态工质管口6进入分液相变板式换热器101，从第二液态工质角孔11进入蒸汽流道，在第二换热区16中蒸发。另一部分液态工质从第一液态工质管口5进入分液相变板式换热器101，从第一液态工质角孔10进入蒸汽流道并溢出第二密封垫片181，在中间区15形成液帘，来自第二换热区16干度较高的蒸汽在中间区15与液态工质混合，从而降低第一换热区14蒸汽干度，提高第一换热区14的传热系数。中间区15没有被气流带走的液态工质在导液槽17中吸热提高温度，起到预热作用，最终流到第二换热区16底部继续蒸发。

分液相变板式换热器101的冷热源流体流道(冷热源流道中，没有第二密封垫片181和第三密封垫片182，只有第一密封垫片180和角孔的圆形垫片18)，冷却冷热源流体从第二冷热源流体管口8进入分液相变板式换热器，从第二冷热源流体角孔13进入冷热源流体流道，经过第一冷热源流体角孔12，从第一冷热源流体管口7流出分液相变板式换热器。工质的流向是从下往上流，冷热源流体的流向是从上往下流，通过逆流换热提高换热温差，提高了冷凝换热效果。

如图22所示，所述第二液态工质管口6流进非共沸工质(图中1in点)，在第二换热区16中蒸发，低沸点工质蒸发速度比高沸点工质快。所述第一液态工质管口5流进低沸点液态工质(图中2in点)，在中间区15与来自第二换热区16气态工质进行混合，增加进入第一换热区14的非共沸液态工质中低沸点工质的含量，从而提高第一换热区14的蒸发传热系数。通过调节第一液态工质管口5流量，控制第一换热区14非共沸工质组分比例，使第一换热区14传热系数更好。

上述实施例中，所述第二换热区16的蒸汽工质侧的平均波纹深度最佳值的计算公式为：

其中，h为第二换热区的蒸汽工质侧的平均波纹深度；

m为进入第二换热区的汽体质量流量；

N为板式换热器的蒸汽工质的总流道；

Lw为板片宽度；

G为：第二换热区的设计汽体质量流速。

通过蒸汽工质侧的平均波纹深度最佳值的计算可以得到第二换热区截面大小。

一种热力系统，如图23-24所示，其包括压缩机102、分液相变板式换热器101、四通阀111、第一储液罐104、第二储液罐107和蒸发器110，所述压缩机102出口与四通阀111的第一端口连接，所述四通阀111的第二端口与所述分液相变板式换热器101的蒸汽工质管口4连接，所述分液相变板式换热器101的第一液态工质管口5与蒸发器110一端连接，所述蒸发器110另一端与四通阀111第三端口连接，所述四通阀111第四端口与所述压缩机101的进口连接；所述分液相变板式换热器101的第二液态工质管口6与所述蒸发器110一端连接。在所述第一液态工质管口5与蒸发器110之间设置第二阀门105，第二液态工质管口6与所述蒸发器之间设置第四阀门108。在所述第一液态工质管口5与蒸发器110之间设置第二阀门105，第二液态工质管口6与所述蒸发器110之间设置第四阀门108。所述第一液态工质管口5与蒸发器110之间设置第一储液罐104，所述第一液态工质管口5与所述第一储液罐104之间设置第一阀门103，所述第一储液罐104与所述蒸发器110之间设置第二阀门105；第二液态工质管口6与所述换热器之间设置第二储液罐107，所述第二液态工质管口6与所述第二储液罐107之间设置第三阀门106，所述第二储液罐107与所述换热器110之间设置第四阀门108。所述蒸发器110与所述第二阀门105和所述第四阀门108之间连接的混合管上设置节流阀109，所述节流阀109与所述蒸发器110连接。

如图23所示，非共沸工质组分可调的热力系统(热泵-空调系统)，由所述分液相变板式换热器101作为冷凝器的热力系统，所述热力系统包括开口系和闭口系。非共沸工质组分可调的热力系统把第一液态工质管口5和第二液态工质管口6分别流出不同组成成分工质存储在不同储液罐中，调节热力系统中运行工质组成成分，在多种具体工况下高效运行，从而提升系统能效。当运行制冷模式时，从压缩机102出来的高压非共沸工质蒸汽，经过四通阀111进入分液相变板式换热器101。蒸汽在分液相变板式换热器101中冷凝，第一液态工质管口5出来的冷凝液为富含高沸点工质，经过第一阀门103进入第一储液罐104，最后经过第二阀门105。第二液态工质管口6出来的冷凝液为富含低沸点工质，经过第三阀门106进入第二储液罐107，最后经过第四阀门108。通过调控第二阀门105开度调控流出的富含高沸点工质和通过调控第四阀门108开度调控流出的富含低沸点工质，根据实际运行工况，合理调控非共沸工质组成成分比例，混合后进入节流阀109，节流减压。非共沸工质进入蒸发器110蒸发后，经过四通阀111进入压缩机102，完成整个循环。

如图24所示，由所述分液相变板式换热器101作为蒸发器的热力系统(热泵-空调系统)，所述热力系统包括开口系和闭口系。非共沸工质组分可调的热力系统通过分别控制第一液态工质管口5和第二液态工质管口6流进的不同组分工质流量，使蒸汽工质管口4的工质组分比例达到要求，从而提升系统能效。当运行制热模式时，从压缩机102出来的高压非共沸工质蒸汽，经过四通阀111进入蒸发器110。高压非共沸工质蒸汽在蒸发器110中冷凝后，经过节流阀109节流减压后分为两路。第一路工质分别经过第二阀门105、第一储液罐104和第一阀门103，通过第一液态工质管口5进入分液相变板式换热器101。第二路工质分别经过第四阀门108、第二储液罐107、第三阀门106。第一液态工质角孔10进来的液态工质会溢出第二密封垫片181，在中间区15形成液帘，来自第二换热区16干度较高的蒸汽在中间区15与液态工质能够很好混合，从而降低第一换热区14蒸汽干度，提高第一换热区14传热系数。从蒸发工质管口4出来的蒸汽经过四通阀111进入压缩机102，完成整个循环。

以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本新型实施的范围，即大凡依本新型申请专利范围及新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本新型专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种分液相变板式换热器，包括活动压紧板、固定压紧板、至少一片换热板片和若干密封垫片，其特征在于，所述换热板片设置在活动压紧板和固定压紧板之间；所述换热板片的边缘设有第一密封垫片，在所述换热板片两侧分别形成工质流道和冷热源流体流道，若干相邻的所述换热板片之间设有第一密封垫片依次交错堆叠组成工质流道和冷热源流体流道;所述活动压紧板与换热板片之间设置密封垫片形成流道，所述固定压紧板与所述换热板片之间设置密封垫片形成流道，或者相邻的换热板片直接设置密封垫片形成流道；所述流道由换热板片相隔为工质流道和冷热源流体流道，所述工质流道中分别设置第一换热区、中间区和第二换热区，在所述第二换热区的两侧边缘分别设置导液槽，所述第二换热区上部两侧设置横向第三密封垫片延伸，所述第二换热区的上部的中部设置开口与所述中间区相通，所述横向第三密封垫片延伸为向两侧向外倾斜向下设置，在所述横向第三密封垫片延伸与所述导液槽上部相接处设置第一U型通道，所述第一U型通道上方靠近第一密封垫片处设置导流片，所述导流片一端与所述第一密封垫片内侧边缘连接，所述导流片另一端向下弯折伸入所述第一U型通道内。

2.根据权利要求1所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述第一换热区和第二换热区的换热板片表面均设有疏水涂层；所述中间区换热板片表面设置亲水涂层；所述导液槽设置防结垢涂层。

3.根据权利要求2所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述活动压紧板上面设置有蒸汽工质管口、第二液态工质管口、第一冷热源流体管口和第二冷热源流体管口；所述换热板片上设置有蒸汽工质角孔、第一液态工质角孔、第二液态工质角孔、第一冷热源流体角孔和第二冷热源流体角孔；所述蒸汽工质角孔与所述蒸汽工质管口连通，所述第二液态工质角孔与第二液态工质管口连通，所述第一冷热源流体角孔与所述第一冷热源流体管口连通，所述第二冷热源流体角孔与所述第二冷热源流体管口连通。

4.根据权利要求1所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述导液槽由第三密封垫片与第一密封垫片间隔形成，在所述导液槽底部末端与所述第二换热区的积液区连通。

5.根据权利要求3所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，在所述中间区上部的所述第一液态工质角孔两侧分别设置第二U型通道，在所述第一液态工质角孔上方设置封盖垫片，所述封盖垫片的两端设置向下弯折边，所述向下弯折边伸入所述第二U型通道内，但不接触第二U型通道的底部。

6.根据权利要求1所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述中间区的换热板片表面设置两侧进口部的竖直波纹，中部弯型部分的弧形波纹和靠近中间出口部分的斜波纹。

7.根据权利要求1所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述第一换热区下部设置第二密封垫片，所述第一换热区中位于第二密封垫片上方的中间区域为竖直波纹，所述中间区域的两侧为斜波纹且靠近中间区域的一端比另一端高；第二换热区为人字形波纹。

8.根据权利要求1所述的一种分液相变板式换热器，其特征在于，所述第二换热区的平均波纹深度最佳值的计算公式为：

其中，h为第二换热区的蒸汽工质侧的平均波纹深度；

m为进入第二换热区的蒸汽质量流量；

N为板式换热器的蒸汽工质的总流道；

Lw为板片宽度;

G为：第二换热区的设计蒸汽质量流速。

9.一种热力系统，其特征在于，包括压缩机、如权利要求1-8任一所述的分液相变板式换热器、四通阀、第一储液罐、第二储液罐和蒸发器，所述压缩机出口与四通阀的第一端口连接，所述四通阀的第二端口与所述分液相变板式换热器的蒸汽工质管口连接，所述分液相变板式换热器的第一液态工质管口与蒸发器一端连接，所述蒸发器另一端与四通阀第三端口连接，所述四通阀第四端口与所述压缩机的进口连接；所述分液相变板式换热器的第二液态工质管口与所述蒸发器一端连接；当分液相变板式换热器作为冷凝器时，蒸汽由蒸汽工质管口进入分液相变板式换热器内，通过蒸汽工质角孔进入工质流道中，经过第一换热区冷凝后，在位于第二密封垫片上方冷凝出的冷凝液，从第一液态工质角孔流出，最后通过第一液态工质管口流出分液相变板式换热器；蒸汽工质完全冷凝成液相后和导液槽流下的液态工质一起在积液区经过第二液态工质角孔，从第二液态工质管口流出分液相变板式换热器。

10.根据权利要求9所述的一种热力系统，其特征在于，所述第一液态工质管口与蒸发器之间设置第一储液罐，所述第一液态工质管口与所述第一储液罐之间设置第一阀门，所述第一储液罐与所述蒸发器之间设置第二阀门；第二液态工质管口与所述蒸发器之间设置第二储液罐，所述第二液态工质管口与所述第二储液罐之间设置第三阀门，所述第二储液罐与所述蒸发器之间设置第四阀门。

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