CN112304127B - 一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换热器，具体涉及一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构。包括端盖、槽道、介质管箱，板式换热芯体的每个介质通道层出口、介质通道层入口分别对应连接至少一个槽道并构成封闭连接；端盖设于板式换热芯体介质进出口A、介质进出口B两端，并罩盖槽道与板式换热芯体形成一体结构；槽道包括回流槽道，回流槽道包括分设于板式换热芯体介质进出口A、介质进出口B的连通端和回流端，连通端通过端盖上开设的槽道通孔与介质管箱相连接，回流端在端盖内保持封闭。本发明可以在现有板片工艺基础上实现对单股或多股流介质的回流，而不需要额外对换热芯体板片通道布置进行重新设计。

Description

一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构

技术领域

本发明属于微通道换热领域，具体涉及一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构。

背景技术

换热设备是一类广泛应用于能源、化工、环保、医药等领域的通用热量传输设备。最常用的情形是通过一个特定传热表面，将与之相接触的具有不同温度的流体介质进行热量的传输。换热设备的作用可以体现为两个方面，一是使工作介质通过换热达到既定工艺所要求的介质出口温度，以满足特殊的下游生产需求；二是进行冷量和热量的回收利用。

所采用的换热或反应设备对设备紧凑性和高效性提出了越来越高的要求，传统的换热设备或反应设备是基于两股介质的能量输运原理进行整体设计。随着各种新流程和工艺的开发，利用一台集成式设备实现更多流体、更多流动方向的热量交换成为提高系统和装置紧凑性的有效方案。对于传统的列管式换热设备，出于接管布置、特殊设计的考虑，对某股介质进行回流式的通道设计是一类常见的换热场景，如经典的U型管换热器设计。但各类紧凑型换热设备，尤其是微小通道板式换热设备，由于其独特构造，给介质的回流设计带来了一定挑战。

专利CN108955316A公开了一种多股流印刷电路板式换热器，包括换热芯体以及与换热芯体相连的冷流体进口、冷流体出口、热流体进口、热流体出口，尽管该发明通过改变板片通道布置的技术方案可以实现回流结构设计，但也由于需要对换热芯体的板片通道布置需要进行专门设计和制造，对制作精度要求高，制作周期长，同时不能直接在现有的换热芯体上使用，容易造成资源浪费，使得使用成本提高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题，提供一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构。

本发明采用了以下技术方案：

一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，包括端盖、槽道和介质管箱，板式换热芯体的每个介质通道层的出口和入口处分别对应连接至少一个槽道，且每个槽道与相应的介质通道层所包含的对应的介质通道连通并构成封闭连接；所述端盖设于板式换热芯体介质进出口A、介质进出口B两端，并罩盖所述槽道与板式换热芯体形成一体式结构；

所述槽道包括回流槽道，所述回流槽道包括分设于板式换热芯体介质进出口A、介质进出口B的连通端和回流端，所述连通端通过端盖上开设的槽道通孔与介质管箱相连接，所述回流端在端盖内保持封闭。

优选的，所述槽道为扁平矩形结构，槽道内部中空设置使与该槽道对应对应连接的介质通道层中的所有介质通道彼此连通，槽道的厚度与板式换热芯体的介质通道层厚度相适配，所述槽道在板式换热芯体的介质进出口A、介质进出口B两端分别形成上下排布的多层结构。

优选的，设于同一介质通道层的出口、入口处的槽道分别形成同层槽道，每层槽道沿所述槽道宽度方向的两端与所在介质通道层上的介质通道的位置相适配，当槽道为多个时，同层槽道在沿所述槽道宽度方向并列设置；所述槽道宽度指沿介质通道层上的介质通道排列方向的宽度。

优选的，所述槽道根据板式换热芯体的介质种类数量分组设置，每个槽道对应连接一种介质，连接同一种介质的所有槽道为一组，同组的槽道经端盖上开设的槽道通孔与对应的介质管箱相连接，所述介质管箱固定设置在端盖远离板式换热芯体的一侧。

优选的，回流槽道连接板式换热芯体中需要回流的介质并根据所述需要回流的介质的种类数量分组设置，同组的回流槽道在其连通端与介质管箱相连；所述介质管箱包括介质进口管箱和介质出口管箱，所述介质进口管箱和介质出口管箱彼此独立设置，互不贯通，且介质进口管箱和介质出口管箱与同组的回流槽道的连通端所对应的同层槽道的集合分别构成固定连接，每个管箱连接的槽道间通过槽道通孔在介质管箱的内部空间内彼此连通。

优选的，所述槽道还包括分设在板式换热芯体两端的直通槽道，直通槽道连接板式换热芯体中不需要回流的介质并根据所述不需要回流的介质的种类数量分组设置，每组所述直通槽道与设置在介质进出口A、介质进出口B两端的端盖均连接，且每组所述直通槽道在介质进出口A、B两端通过端盖上开设的槽道通孔分别连接一个输送相应种类介质的介质管箱；所述介质管箱包括介质进口管箱和介质出口管箱，分别对应直通槽道中介质进口端的和介质出口端。

优选的，每个与槽道通孔连接的槽道均通过延伸槽道连接，所述延伸槽道厚度与所连接的槽道厚度一致，所述延伸槽道宽度小于所连接槽道的宽度以使得介质集中。

优选的，所述介质管箱为半圆柱状，且所述介质管箱的上下端在端盖上不超出所述端盖的上下端。

优选的，所述介质管箱上还设置有接管，所述接管垂直于介质管箱的轴线并设置在所述介质管箱圆弧面的中心位置。

优选的，所述板式换热芯体、端盖、槽道和介质管箱之间通过扩散焊、钎焊进行连接，或通过3D打印形成一体式结构。

本发明的有益效果在于：

本发明针对现有的微小通道板式换热器，利用端盖和槽道的配合可在不改变现有板片通道技术的前提下实现单股或多股流介质的回流，能够提高换热器的紧凑性和传热效率，进一步满足换热器的流程集成需求；也为换热工艺流程优化提供了更多实现路径，避免了对现有换热板片的设计和制造工艺进行额外改造，体现了更好的适应性，使用方便，同时利用现有换热板片工艺也可以节省资源，避免浪费。

附图说明

图1为现有板式换热芯体的结构示意图；

图2为本发明中一股需要回流的介质的结构示意图，需要说明的是，此图仅是为了提供一股需要回流的介质的设置说明，本发明需要至少设置两种不同热度介质才能实现彼此换热；

图3为本发明需要回流的介质的流动示意图；

图4为本发明包含一股需要回流的介质和一股不需要回流的介质的结构示意图；

图5为本发明回流槽道和直通槽道的设置示意图；

图6为本发明回流槽道和直通槽道在端盖内的设置示意图；

图1-5中不同的箭头代表不同种介质的出入示意。

图中标注符号的含义如下：

10-板式换热芯体 11-介质通道层 111-介质通道 20-端盖 21-槽道通孔

30-槽道 31-延伸槽道 32-回流槽道 33-直通槽道 40-介质管箱

41-介质进口管箱 42-介质出口管箱 50-接管

具体实施方式

如图1所示，板式换热芯体10为现有技术中常见的板式换热设备，具有介质进出口A、介质进出口B两个端部，板式换热芯体10内部由多个介质通道层11堆叠连接形成换热结构，每个介质通道层11具有若干个介质通道111。介质通道层11进口、介质通道层11出口根据对应的介质流动方向确定，并不唯一。

下面结合实施例对本发明的技术方案做出更为具体的说明：

实施例1

如图2-3所示，一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，包括端盖20、槽道30和介质管箱40，槽道30与板式换热芯体10中的介质通道层11一一对应并在介质通道层11出口、介质通道层11入口分别构成封闭连接，端盖20设于板式换热芯体10介质进出口A、介质进出口B两端，并罩盖槽道30与板式换热芯体10形成一体结构。

槽道30为扁平矩形结构，槽道内部中空设置使对应连接的介质通道层11中的所有介质通道111彼此连通，槽道30的厚度与板式换热芯体10的介质通道层11厚度相适配，槽道30在板式换热芯体10的介质进出口A、介质进出口B两端分别形成上下排布或堆叠的多层结构。

板式换热芯体10的每个介质通道层11分别对应至少一个槽道30形成同层槽道30，每层槽道30沿槽道30宽度方向的两端均对齐设置在同一垂直面上，当槽道30为多个时，同层槽道30在沿槽道30宽度方向并列设置，并调节单个槽道30宽度使该层槽道30的总宽度不变；槽道30宽度指槽道30垂直于板式换热芯体10介质通道层11水流方向的宽度。

槽道30根据板式换热芯体10的介质种类数量分组设置，每个槽道30对应连接一种介质，连接同一种介质的所有槽道30为一组，同组的槽道30经端盖上开设的槽道通孔21与对应的介质管箱40相连接，介质管箱40固定设置在端盖20远离板式换热芯体10的一侧。

板式换热芯体10、端盖20、槽道3和介质管箱40之间通过扩散焊、钎焊进行连接形成一体式结构，或通过3D打印形成一体式结构。

当使用扩散焊连接时，端盖20使用扩散焊连接性能良好，并与板式换热芯体10具有良好连接性能的材料，可通过将端盖20与换热芯体10的连接处进行满足精度要求的扩散焊连接，从而组成完整的一体式换热设备。

槽道30为回流槽道32，回流槽道32包括分设于板式换热芯体10介质进出口A、介质进出口B的连通端和回流端，回流槽道32的连通端通过板式换热芯体10介质进出口A端的端盖20上开设的槽道通孔21与介质管箱40相连接，回流槽道32的回流端在介质进出口B端保持封闭。

介质管箱40为半圆柱状，且介质管箱40的上下端在端盖20上不超出端盖20的上下端。介质管箱40上还设置有接管50，接管50垂直于介质管箱40的轴线并设置在介质管箱40圆弧面的中心位置。

回流槽道32连接板式换热芯体10中需要回流的介质并根据需要回流的介质的种类数量分组设置，同组的回流槽道32在其连通端即本实施例中的介质进出口A端通过端盖20上开设的槽道通孔21与介质管箱40相连；介质管箱40包括介质进口管箱41和介质出口管箱42，介质进口管箱41和介质出口管箱42彼此独立设置，互不贯通，且介质进口管箱41和介质出口管箱42按1:1平均分配该同组的回流槽道32在连通端的同层槽道30，并分别与分配到的同层槽道30的集合构成固定连接，每个介质管箱40连接的槽道30间通过槽道通孔21在介质管箱40的内部空间内彼此连通。

每个与槽道通孔21连接的回流槽道30均通过延伸槽道31连接，延伸槽道31厚度与所连接的槽道30厚度一致，延伸槽道31宽度小于所连接槽道30的宽度以使得介质集中。

实施例2

如图1、图4-6所示，本实施例中的回流结构设置同实施例1，不同的是还包括直通槽道44。直通槽道33连接板式换热芯体10中不需要回流的介质并根据不需要回流的介质的种类数量分组设置，每组直通槽道33与设置在介质进出口A、介质进出口B两端的端盖20均连接，且每组直通槽道33在介质进出口A、B两端通过端盖20上开设的槽道通孔21分别连接一个介质管箱40；介质管箱40包括介质进口管箱41和介质出口管箱42，分别对应直通槽道33中介质进口端的和介质出口端。

直通通道33与回流通道32的介质管箱40彼此独立设置，通过槽道30与端盖20上开设的槽道通孔21决定介质的流向而不发生混合。

实施例3

如图1、图4-6所示，在实施例2的基础上，本实施例中共二股介质参与换热，分别为1股不需要回流的热介质和1股需要回流的冷介质，热介质与冷介质在板式换热芯体10中逐层交错叠设，且热介质层与冷介质层分别对应一个槽道30形成同层槽道。

工作时，热介质自板式换热芯体10的介质进出口A端设置的接管50流入介质管箱40，在介质管箱40中通过槽道通孔21和延伸槽道31进入对应的多个不同层槽道30，由于槽道30容纳空间较延伸槽道31大，介质在槽道30中得到缓冲；热介质由槽道30进入对应的介质通道层11，介质进入介质通道层11的一端称为介质通道层11的入口，即本实施例中，热介质的介质通道层11入口在板式换热芯体10的A端；冷介质自介质通道层11流动至板式换热芯体10的介质进出口B端，再通过设置在介质通道层11出口的直通槽道33流入介质出口管箱42。

同样的，冷介质自板式换热芯体10的介质进出口A端设置的接管50流入对应的介质进口管箱41，在介质进口管箱41中通过介质进口管箱41分配到的槽道通孔21经延伸槽道31进入对应的多个不同层槽道30并进入介质通道层11；冷介质自介质通道层11流动至板式换热芯体10的介质进出口B端，并在介质进出口B端流入对应的不同层槽道30中，槽道30在介质进出口B端为回流端并为封闭状态，冷介质沿槽道30宽度方向流动后流入介质出口管箱42分配到的槽道通孔21对应的介质通道并流出至介质出口管箱42，介质进口管箱41和介质进口管箱42均设置在板式换热芯体10的同一侧，由此完成冷介质的回流过程。

冷、热介质在流经板式换热芯体10的介质通道层11时完成热交换过程。

实施例4

在实施例2的基础上，本实施例中共三股介质参与换热，分别为1股不需要回流的热介质和2股需要回流的冷介质，其中冷、热介质的流动方式同实施例3，不同的是，2股冷介质设置在冷介质层中并排设置，冷介质层包括并排设置的2个槽道30以分隔2股冷介质，每个冷介质层槽道30的宽度为热介质层槽道30宽度的1/2。板式换热芯体10的介质进出口A端的端盖20外侧接三个介质进口管箱41分别对应3股介质，接2个介质出口管箱42分别对应2股回流的冷介质；板式换热芯体10的介质进出口B端的端盖20外侧设置一个介质出口管箱42对应1股不需要回流的热介质。

应当理解，本实施例中冷介质和热介质的设置形式仅用作说明本发明的技术方案，冷介质与热介质均可以以回流或不回流方式进行设置。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而并非对本发明的限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，包括端盖（20）、槽道（30）和介质管箱（40），板式换热芯体（10）的每个介质通道层（11）的出口和入口处分别对应连接至少一个槽道（30），且每个槽道（30）与相应的介质通道层（11）所包含的对应的介质通道（111）连通并构成封闭连接；所述端盖（20）设于板式换热芯体（10）介质进出口A、介质进出口B的端部，并罩盖所述槽道（30），所述端盖（20）、槽道（30）与板式换热芯体（10）间彼此连接形成一体式结构；

所述槽道（30）包括回流槽道（32），所述回流槽道（32）包括分设于板式换热芯体（10）介质进出口A、介质进出口B的连通端和回流端，所述连通端通过端盖（20）上开设的槽道通孔（21）与介质管箱（40）相连接，所述回流端在端盖（20）内保持封闭；

所述槽道（30）还包括分设在板式换热芯体（10）两端的直通槽道（33），直通槽道（33）连接板式换热芯体（10）中不需要回流的介质并根据所述不需要回流的介质的种类数量分组设置，每组所述直通槽道（33）与设置在介质进出口A、介质进出口B两端的端盖（20）均连接，且每组所述直通槽道（33）在介质进出口A、B两端通过端盖（20）上开设的槽道通孔（21）分别连接一个输送相应种类介质的介质管箱（40）；所述介质管箱（40）包括介质进口管箱（41）和介质出口管箱（42），分别对应直通槽道（33）中介质流入方向的和介质流出方向；

每个与槽道通孔（21）连接的槽道（30）均通过延伸槽道（31）连接，所述延伸槽道（31）厚度与所连接的槽道（30）厚度一致，所述延伸槽道（31）宽度小于所连接槽道（30）的宽度以使得介质集中。

2.如权利要求1所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，所述槽道（30）为扁平矩形结构，槽道（30）内部中空设置使与该槽道（30）对应连接的介质通道层（11）中的所有介质通道（111）彼此连通，槽道（30）的厚度与板式换热芯体（10）的介质通道层（11）厚度相适配，所述槽道（30）在板式换热芯体（10）的介质进出口A、介质进出口B两端分别形成上下排布的多层结构。

3.如权利要求2所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，设于同一介质通道层（11）的出口、入口处的槽道（30）分别形成同层槽道（30），每层槽道（30）沿所述槽道（30）宽度方向的两端与所在介质通道层（11）上的介质通道（111）的位置相适配，当槽道（30）为多个时，同层槽道（30）在沿所述槽道（30）宽度方向并列设置；所述槽道（30）宽度指沿介质通道层（11）上的介质通道（111）排列方向的宽度。

4.如权利要求3所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，所述槽道（30）根据板式换热芯体（10）的介质种类数量分组设置，每个槽道（30）对应连接一种介质，连接同一种介质的所有槽道（30）为一组，同组的槽道（30）经端盖（20）上开设的槽道通孔（21）与对应的介质管箱（40）相连接，所述介质管箱（40）固定设置在端盖（20）远离板式换热芯体（10）的一侧。

5.如权利要求4所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，回流槽道（32）连接板式换热芯体（10）中需要回流的介质，并根据所述需要回流的介质的种类数量分组设置，同组的回流槽道（32）的连通端与介质管箱（40）相连；所述介质管箱（40）包括介质进口管箱（41）和介质出口管箱（42），所述介质进口管箱（41）和介质出口管箱（42）彼此独立设置，互不贯通，且介质进口管箱（41）和介质出口管箱（42）与同组的回流槽道（32）的连通端所对应的同层槽道（30）的集合分别构成固定连接，每个管箱连接的槽道（30）间通过槽道通孔（21）在介质管箱（40）的内部空间内彼此连通。

6.如权利要求1所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，所述介质管箱（40）为半圆柱状，且所述介质管箱（40）的上下端在端盖（20）上不超出所述端盖（20）的上下端。

7.如权利要求6所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，所述介质管箱（40）上还设置有接管（50），所述接管（50）垂直于介质管箱（40）的轴线并设置在所述介质管箱（40）圆弧面的中心位置。

8.如权利要求1或7所述的一种适用于微型通道板式换热设备的多股介质回流结构，其特征在于，所述板式换热芯体（10）、端盖（20）、槽道（30）和介质管箱（40）之间通过扩散焊、钎焊进行连接；或通过3D打印形成一体式结构。

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