CN110545646A - 一种冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷凝器，包括前端板、后端板和若干层叠在一起的换热板，所述换热板包括换热区、翻边、四个端孔，所述翻边位于所述换热区四周边缘，四个端孔中属于同一介质的输入端孔和输出端孔位于换热区纵向同侧，且第一换热介质和第二换热介质的输入端孔对角设置，输入端孔周围设置弧状波纹，且相邻两换热板的同一所述输入端孔周围的弧状波纹的辐射方向相逆，使两弧状波纹刚好在弧状波纹所在圆环的内圈形成结合点，将从所述输入端孔进入的第一介质或第二介质经所述结合点分流再导入所述换热流层。本申请既保证端孔周围焊接点分布均匀，又使得介质由输入端孔输入时就开始扰流，增大了局部换热面积，避免了流体滞留带来的无效压损。

Description

一种冷凝器
技术领域
本发明涉及冷凝器，具体涉及一种主要由多片换热板层叠构成的板式冷凝器。
背景技术
目前，应用于中国移动、中国电信以及正在建设的5G等数据中心基站的冷却系统中，针对利用热管原理不消耗能源的顶尖冷却系统技术，市场上尚未出现一款成熟的专门适用于该领域的无动力高效冷凝器。目前使用的冷凝器，因不具有较高的换热效率、体积小、氟侧压降满足可实现无动力驱动等特点，皆属于普通换热器，使用很大的面积、低效的配套到冷却系统中。
开发一款换热效率更高的换热器，可在同等换热效果下进一步减小换热器体积，有助于促进无动力驱动冷凝器的开发和市场应用。满足当前信息基站的数据中心无动力驱动系统中冷凝器的使用要求。
申请公布号CN102322763A公开了一种高低交错波纹的板式换热器板片，该板片的换热区具有波纹结构，所述的波纹结构相邻的波纹结构的纵向截面波纹高度不同，相隔一个波纹的波纹结构的纵向截面波纹高度相同，形成纵向高低波纹结构。所述波纹结构在流体流动方向形状为横直波纹，或人字形波纹，或平直波纹，或梯型平直波纹，或曲折型波纹。通过高低波纹的设计可以减小压力损失。
申请公布号CN103727828A公开了一种流体通道横截面积不等的板式换热器板片及板式换热器，板片的热交换区域为能使板式换热器板片两面流体通道横截面积不等的人字形连续波纹区域，所述人字形连续波纹的相邻波纹结构的纵向截面波纹高度不同，相隔一个波纹的波纹结构的纵向截面波纹高度相同，形成纵向高低连续交错的波纹结构，使得板片两面流体通道的横截面积不等。该专利申请充分利用板式换热器板片间形成的通道空间，当板片两面流量不相等时，流量小的介质经过板式换热器介质进出口开口面积小的一侧并流经通道横截面积小的一面，流量大的介质通过板式换热器介质进出口开口面积大的一侧并流经通道截面积大的一面，从而减小板片两面的流速差别，提高了换热效率，降低了成本。
板式换热器在两介质的进口，通常要在介质进口周围布一圈均匀的焊点，相邻焊点之间会形成一个湾，从介质进口进入的换热介质会在所述湾形成滞留，导致换热介质无法顺利地进入板层间的换热流道，影响在介质进口周围的换热效果。
将换热板换热区的波纹结构设计为高低交错的波纹，有助于减小压力损失，但在使用时低波纹在其背面与相邻换热板的高波纹形成的两相邻焊点之间容易发生堵塞，带来无效压损并降低了换热效率。
另外，对于板式换热器，提高两介质的流动均匀性对提高换热效率是有益的，以冷凝器为例，另一换热介质在气相进口和冷凝液出口周围形成环绕是理想的。
发明内容
本发明的目的是提供一种冷凝器，属于板式换热器，解决传统换热板端孔的孔边缘焊接点为面接触，换热面积被浪费，介质滞留带来无效压损的难题。
本发明的另一目的是对进气端孔和出液端孔周围的流向趋势进行优化，使另一介质在进气端孔和出液端孔周围形成环绕，增强局部换热效率。
本发明还要解决波纹结构采用高低交错的波纹时，任一换热板的低波纹与相邻换热板的高波纹形成的两焊接点之间容易堵塞，产生无效压损和换热效果降低的难题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：
一种冷凝器，包括前端板、后端板和设置在前、后端板之间若干层叠在一起的换热板，第一换热介质和第二换热介质分别交错地流过相邻两换热板之间的换热流层，所述换热板包括换热区、翻边、四个端孔，所述翻边位于所述换热区四周边缘，四个端孔中属于同一介质的输入端孔和输出端孔位于换热区纵向同侧，且第一换热介质和第二换热介质的输入端孔对角设置，该冷凝器具有如下特点
所述换热区沿着纵向包括若干连续的斜流区，任一斜流区具有相对纵向倾斜延伸、直的波纹结构，属于同一斜流区的波纹相互平行，相邻两斜流区的波纹延伸方向不同，使第一介质、第二介质在换热区产生折流，相邻两换热板上相互焊接在一起的两斜流区的波纹结构相互交叉。
所述输入端孔周围设置弧状波纹，且相邻两换热板的同一所述输入端孔周围的弧状波纹的辐射方向相逆，且两弧状波纹刚好在弧状波纹所在圆环的内圈即弧状波纹辐射的起始端形成结合点，将从所述输入端孔进入的第一介质或第二介质经所述结合点分流再导入所述换热流层。
为降低热阻，所述波纹结构为高低波纹交错间隔排列，间隔的高波纹的波纹高度相同，间隔的低波纹的波纹高度相同。
进一步地，任一换热板的所述高波纹与相邻换热板所述低波纹的两侧波谷的背面形成间隔的两焊接点，所述高波纹的波面上在所述两焊接点之间形成有内陷的凹坑，凹坑扩大了两焊接点之间流通孔，能够有效避免因相邻两焊接点距离近，对应低波纹背面的流通孔容易被焊料堵塞的难题。
可选地，相邻两所述斜流区的波纹与水平横线之间的夹角相等但取向不同，中间间隔一个斜流区的两斜流区的波纹与水平横线之间的夹角相等、取向相同，使第一介质、第二介质在换热区纵向交叉折流。
第一介质(冷凝剂)的输出端孔与第二介质(水)的输入端孔距离较近，此时第二介质的温度较低，为了提高此处输出端孔周围的换热效果，所述输出端孔向翻边就近延伸的区域为边缘区，所述边缘区的波纹与水平横线之间的夹角大于周围换热区的波纹与水平横线之间的夹角，从而在边缘区使第二介质对第一介质的输出端孔形成环绕的趋势。
另一方面，第一介质(冷凝剂)的输入端孔与第二介质(水)的输出端孔距离较近，此时第一介质携带的热量多，为了提高此处输入端孔周围的换热效果，所述输入端孔和周围换热区之间的过渡区域为导流区，所述导流区的波纹与水平横线之间的夹角大于周围换热区的波纹与水平横线之间的夹角，从而减小第二介质在导流区的压损，使第二介质顺畅地流向第一介质的输入端孔周围，并对输入端孔形成环绕之势。
附图说明
图1为本发明实施例冷凝器前视图；
图2为本发明实施例冷凝器侧视图；
图3为本发明实施例中换热板A的结构示意图；
图4为本发明实施例中换热板B的结构示意图；
图5为换热板A边缘区C1的局部示意图；
图6为换热板B边缘区C2的局部示意图；
图7为换热板A边缘区C1和换热板B边缘区C2前后叠加的透视图；
图8为换热板A和换热板B换热区前后叠加的透视图；
图9为单片换热板上波纹的截面示意图；
图10为未设置凹坑的高波纹和相邻换热板背面焊接的示意图；
图11为本发明实施例的高波纹和相邻换热板背面焊接的示意图；
图12为本发明实施例中换热板A上输入端孔的结构示意图；
图13为本发明实施例中换热板B上输入端孔的结构示意图；
图14为换热板A和换热板的输入端孔前后叠加的透视图；
图15为传统输入端孔的结构示意图。
图中序号
1 前端板
2 后端板
3 接管
4 加强板
5 换热区
6 斜流区
7 高波纹
8 低波纹
9 凹坑
10 焊接点
11 逆时针辐射的弧状波纹
11’ 顺时针辐射的弧状波纹
12 输入端孔周围的焊接点
13 结合面
14 “湾”
A1、A2、A3、A4分别为换热板A的第二介质输出端孔、第二介质输入端孔、第一介质输出端孔、第一介质输入端孔；B1、B2、B3、B4分别为换热板B的第二介质输出端孔、第二介质输入端孔、第一介质输出端孔、第一介质输入端孔；D1、D2、D3、D4分别为四个接管；c水平横线。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
一种冷凝器，从前向后依次为前端板1、若干层叠相互焊接在一起的换热板、后端板2，前端板上设置有四个接管3，分别对接换热板上的四个端孔，在接管3和前端板1的配合处设置加强(垫)板4。前后相邻换热板之间形成分别供第一介质(本实施例为冷凝剂)或第二介质(本实施例为水)流通的换热流层，第一介质的换热流层和第二介质的换热流层前后交替。若干层叠的换热板是以换热板A和换热板B交叉层叠的。
每张换热板四周为翻边，表面为换热区，换热区四角设有四个端孔，系列换热板上前后对应的端孔前后贯通，四个端孔中属于同一介质的输入端孔和输出端孔位于换热区纵向同侧，且第一介质和第二介质的输入端孔对角设置。
如图所示，所述换热区5沿着纵向包括若干连续的斜流区6，任一斜流区具有相对纵向倾斜延伸、直的波纹结构，属于同一斜流区的波纹相互平行，相邻两斜流区6的波纹与水平横线c之间的夹角相等但方向不同，中间间隔一个斜流区的两斜流区的波纹与水平横线c之间的夹角相等、方向相同，相邻两换热板前后相互焊接在一起的两斜流区的波纹结构相互交叉，从而使第一介质、第二介质在换热区纵向交叉折流。
再来，本实施例采用浅波纹设计，降低热阻，同时为了降低阻损，采用全高低波纹，如图9所示，高低波纹交错间隔排列，间隔的高波纹7的波纹高度H相同，间隔的低波纹8的波纹高度相同。如波纹截面剖示图所示，高波纹7的波纹高度H＝1.8mm，与高波纹7相邻的低波纹8的波纹高度h为1/2H时最佳为h＝0.9mm，相邻两高波纹7之间的间距L＝9.5mm，当然，在实施中h可以是任意比例(大于0小于1)的H，L可以根据实际换热板的规格进行限定。由于采用了高低波纹设计，这样在后的换热板正面的高波纹7将与相邻在前的换热板的波谷背面形成结合点(焊接点)，如图10所示，由于前后换热板上波纹是交叉延伸的，且往往是低波纹8两侧的波谷间距更短，因此，在低波纹8背面相邻两焊接点10之间因距离太近容易发生流道堵塞，带来无效压损和局部换热效果降低的问题。
为了解决低波纹8在背面的相邻两焊点太近而流道堵的难题，本发明在相邻距离较近的焊点中间采用断点设计，将波纹之间的通道增大，让流体畅通，同时在另外一侧形成较小的凸点，使得流体在流动的时候，混合更加均匀，大大提升换热效率。具体是在高波纹7的波面上在两焊接点10之间形成有内陷的凹坑9，凹坑9扩大了两相近焊接点之间的流通孔，如图11所示，凹坑9内陷的深度小于凹坑9所在高波纹7的波纹高度，在高波纹7的背面，凹坑9刚好对应在相邻换热流层形成凸点，该凸点对相邻换热流层中的介质形成扰流作用，使得流体在流动的时候，混合更加均匀，大大提升换热效率。
在第一介质的输入端孔D4和第二介质的输入端孔D2位置，对应换热板A4，B4和A2，B2孔口，通常输入端孔有进液压力，为保证端孔的强度在端孔周围通常设计一圈裙边，裙边为凹凸结构，前后凹凸结构形成结合面13，造成换热面的浪费，同时在相邻结合面之间形成“湾”14使流体产生滞留。作为改进，本发明专利在输入端孔采用如图12和13所示的设计，在输入端孔周围涉及弧状波纹，周向：波纹始终为曲线，不产生平面形状的波峰或波谷；径向：波纹为辐射状，即弧状，同时，两换热板的波纹辐射方向相反，如换热板A的弧状波纹11以逆时针方向辐射，换热板B的弧状波纹11’以顺时针方向辐射，当换热板A和换热板B层叠时，两弧状波纹在弧状波纹所在圆环的内圈构成结合点(焊接点)，为点接触。既保证端孔周围焊接点12分布均匀，又使得介质在进入输入端孔时就开始扰流，增大了局部换热面积，消除了滞留流体的“湾”14，增强介质的分配状况提升换热效率，避免了流体滞留带来的无效压损。
为提高流体尤其是冷凝剂从输入端孔流向主换热区，和从主换热区流向输出端孔的均匀性，同时进一步提高换热效率，本实施例在局部区域采用如下变角度减压损设计。
在冷凝剂的进液位置：冷凝剂的输入端孔与水的输出端孔距离较近，此时冷凝剂携带的热量多，将输入端孔和主换热区之间的过渡区域作为导流区(E1、E2)，导流区(E1、E2)的波纹与水平横线c之间的夹角F大于主换热区的波纹与水平横线c之间的夹角，从而减小水在导流区(E1、E2)的压损，使水顺畅地流向冷凝剂的输入端孔周围，并对输入端孔形成环绕之势，加强换热。并也有利于导流区(E1、E2)的冷凝剂均匀地向主换热区流动。
在冷凝剂输出位置：冷凝剂的输出端孔与水的输入端孔距离较近，此时水的温度较低，将输出端孔向周围翻边就近延伸的区域作为边缘区(C1、C2)，边缘区(C1、C2)的波纹与水平横线c之间的夹角F大于主换热区的波纹与水平横线c之间的夹角，从而在边缘区(C1、C2)使水对冷凝剂的输出端孔形成环绕的趋势，加强换热。
尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冷凝器，包括前端板、后端板和设置在前、后端板之间若干层叠在一起的换热板，第一换热介质和第二换热介质分别交错地流过相邻两换热板之间的换热流层，所述换热板包括换热区、翻边、四个端孔，所述翻边位于所述换热区四周边缘，四个端孔中属于同一介质的输入端孔和输出端孔位于换热区纵向同侧，且第一换热介质和第二换热介质的输入端孔对角设置，其特征在于：
所述换热区沿着纵向包括若干连续的斜流区，任一斜流区具有相对纵向倾斜延伸、直的波纹结构，属于同一斜流区的波纹相互平行，相邻两斜流区的波纹延伸方向不同，使第一介质、第二介质在换热区产生折流，相邻两换热板上相互焊接在一起的两斜流区的波纹结构相互交叉；
所述输入端孔周围设置弧状波纹，且相邻两换热板的同一所述输入端孔周围的弧状波纹的辐射方向相逆，且两弧状波纹刚好在弧状波纹所在圆环的内圈即弧状波纹辐射的起始端形成结合点，将从所述输入端孔进入的第一介质或第二介质经所述结合点分流再导入所述换热流层。
2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：所述波纹结构为高低波纹交错间隔排列，间隔的高波纹的波纹高度相同，间隔的低波纹的波纹高度相同。
3.根据权利要求2所述的冷凝器，其特征在于：任一换热板的所述高波纹与相邻换热板所述低波纹的两侧波谷的背面形成间隔的两焊接点，所述高波纹的波面上在所述两焊接点之间形成有内陷的凹坑。
4.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于：所述凹坑内陷的深度小于凹坑所在高波纹的波纹高度。
5.根据权利要求2所述的冷凝器，其特征在于：所述低波纹的波纹高度h＝H×n，为大于0小于1的小数。
6.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：相邻两所述斜流区的波纹与水平横线之间的夹角相等但取向不同，中间间隔一个斜流区的两斜流区的波纹与水平横线之间的夹角相等、取向相同，使第一介质、第二介质在换热区纵向交叉折流。
7.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：所述输出端孔向翻边就近延伸的区域为边缘区，所述边缘区的波纹与水平横线之间的夹角大于周围换热区的波纹与水平横线之间的夹角。
8.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于：所述输入端孔和主换热区之间的过渡区域为导流区，所述导流区的波纹与水平横线之间的夹角大于周围换热区的波纹与水平横线之间的夹角。
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