CN112432528A - 板式换热器的板片及板式换热器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种板片，在其长度方向的尺寸小于等于300mm；板片设有主换热区，板片具有位于主换热区的平板部和多个波纹结构；所述多个波纹结构彼此间隔排布且多个波纹结构相对于所述平板部凸出；板片正反面两侧在其主换热区处分别对应形成供制冷剂流动和供载冷剂流动的流通槽道，且该两个流通槽道的通道容积不同，板片容积较小的流通槽道所在的一侧用于流通制冷剂，板片容积较大的流通槽道所在的一侧用于流通载冷剂；波纹结构具有至少一个延伸段；延伸段相对于板片长度方向倾斜设置，且延伸段的延伸方向与板片的长度方向形成的夹角β满足65°≤β＜90°。应用该种板片的板式换热器在小尺寸板片的条件下整体换热性能较好，且同时兼顾流体压降。

Description

板式换热器的板片及板式换热器

技术领域

本申请涉及换热技术领域，尤其涉及一种板式换热器的板片及板式换热器。

背景技术

相关技术中，板式换热器一般情况下可以用于两种流体的热交换，流体换热效率是板式换热器的一个重要参数指标，在小尺寸的板式换热器产品中，如何兼顾换热效率和流体压降，对于小尺寸的板式换热器是一个较大的难题。

发明内容

一方面，本申请提供了一种板式换热器的板片，所述板片设有主换热区，所述板片具有位于所述主换热区的平板部和多个波纹结构；在沿板片长度方向上，所述多个波纹结构彼此间隔排布且多个波纹结构均于板片同一侧相对于所述平板部凸出；所述板片正反面两侧在其主换热区处分别对应形成供制冷剂流动和供载冷剂流动的流通槽道，且该两个流通槽道的通道容积不同，所述板片容积较小的流通槽道所在的一侧用于流通制冷剂，所述板片容积较大的流通槽道所在的一侧用于流通载冷剂；

所述板片在其长度方向的尺寸小于等于300mm；所述波纹结构具有至少一个延伸段；所述延伸段相对于板片长度方向倾斜设置，且所述延伸段的延伸方向与板片的长度方向形成的夹角β满足65°≤β＜90°。

另一方面，本申请还提供了一种板式换热器，所述板式换热器应用于汽车空调热管理系统中，所述板式换热器包括至少一张如上述的板片。

在长度方向的尺寸为小于等于300mm的板片中，由于板片正反面分别形成的制冷剂流通槽道和载冷剂流通槽道容积不同，制冷剂在容积较小即较为紧凑的流通槽道内流动以达到较少的制冷剂充注量，且利于提高制冷剂侧流体的换热系数，实现较好的换热性能。延伸段相对于板片长度方向以β角满足65°≤β＜90°的方式倾斜设置，对通道结构较为紧凑的制冷剂侧而言，制冷剂更容易沿与延伸段的延伸方向相对应的槽道流动，相应的制冷剂在沿板片长度方向上的流动流阻增大，从而相对较大的β角度有利于满足高压降的制冷剂侧技术需求，使制冷剂侧达到较好的强化换热目的，同时载冷剂在容积较大即较为宽敞的流通槽道内流动，相对较为宽敞的载冷剂流道有利于实现载冷剂侧低压降的技术需求，通过如上设置，有利于使得应用此种板片的板式换热器满足小尺寸且兼顾换热效率和流体压降。

附图说明

图1是本申请实施方式涉及的一种板式换热器的结构示意图；

图2是本申请实施方式中的一种板片的结构示意图；

图3是图2的板片的另一视角的立体结构示意图；

图4是图2示意的板片的正面的部分结构放大示意图；

图5是图2示意的板片的反面的部分结构放大示意图；

图6是图4中的板片沿A-A方向的剖面示意图；

图7是本申请实施方式涉及的板式换热器的两张板片装配后的一种截面效果示意图；

图8是本申请实施方式涉及的板式换热器的两张板片装配后的另一种截面效果示意图；

图9是本申请实施方式涉及的板式换热器的两张板片装配后的另一种截面效果示意图；

图10是本申请实施方式中的另一种板片的结构示意图；

图11是本申请实施方式中的又一种板片的结构示意图。

具体实施方式

相关技术在家用空调系统中，板式换热器的尺寸通常较大，例如，板片长度方向上的尺寸大于500mm，并且在家用空调领域，作为发明人的研发经验，为达到换热目的，制冷剂侧的压降的技术指标通常在10kPa-30kPa的水平，由于产品尺寸较大，作为影响换热的关键因素而言，板片制冷剂的进出口两个角孔之间的距离较长，板式换热器产品实现换热的压降梯度相对较低。从而基于相对不那么高的压降参数约束的条件下，大尺寸的板式换热器不需要设计极其紧凑的通道结构满足压降需求。

而在应用小尺寸板式换热器产品的技术领域，如汽车空调领域，受限于汽车产品空间紧凑性的特点，板式换热器产品整体尺寸较小，例如板片长度方向尺寸小于等于300mm，在如此小尺寸的板片上要实现较好的换热效果，作为发明人的研发经验，汽车行业提供的冷凝器的制冷剂侧压降的技术指标通常为100kPa-300kPa，即达到家用制冷空调行业的板式换热器产品的10倍及以上。同时，产品流道长度仅为家用制冷空调行业的板式换热器对应的流道长度的50％及以下，从而对应的压降梯度需求，是制冷空调行业的20倍及以上。因此，直接引用家用制冷空调行业对板式换热器的设计思路，是难以解决其他应用小尺寸板式换热器强化换热的技术需求。

本申请的板式换热器的板片采用高紧凑性且槽向流动趋势较好的制冷剂通道结构，以及较为宽敞的载冷剂侧通道结构，从而有利于板式换热器从整体上达到较好的换热效果。下面对本申请的方法进行详细阐述。

如图1所示，本申请提供一种板式换热器10，其包含若干张层叠设置的板片，多张板片可以具有至少两种不同结构和形状的板片，例如采用2幅模具甚至更多副模具对板片进行加工制造，本申请对此不作过多限制。

对板式换热器10产品而言，其还可以包括两种流体即制冷剂和载冷剂的进出口对应的外部接管11，每种流体对应的外部接管11可以位于板式换热器10的厚度方向D-D的同侧或者不同侧，在图1中，外部接管11数量为4个，4个外部接管11以位于板式换热器10的同侧进行示意，其中2个作为制冷剂的进出管，另外2个作为载冷剂的进出管。

以下以板式换热器10的其中一张板片101进行板片结构的具体说明。

如图2和图3所示，本申请提供的板式换热器10的板片101，板片101包括相对的正面1001和反面1002，板片101的边沿具有翻边20，定义翻边20的翻折方向所在的一侧为板片的反面1002，相反的，另一侧为板片的正面1001。在图2和图3中，翻边20朝向不可视的反面一侧翻折，板片101可视的一侧为其正面1001，不可视的另一侧为其反面1002。

板片101在其长度方向L-L的尺寸小于等于300mm。板片101设有主换热区21。主换热区21可以位于板片101的中间位置，沿板片101的长度方向L-L，板片还具有位于主换热区21的两侧的角孔区22，角孔区22在靠近板片101四个角部的位置附近设有贯穿板片101的通孔，流体通过该通孔实现流入和流出。每种流体的进出口分别位于板片101的长度方向的两侧，图2中的板片角部的四个通孔，其中两个角孔(221，222)可以形成制冷剂的进出口，另外两个角孔(223,224)则形成载冷剂的进出口。

板片101具有位于主换热区21的平板部210和多个波纹结构211。在沿板片长度方向L-L上，多个波纹结构211彼此间隔排布且多个波纹结构211均于板片101正面1001一侧相对于平板部210凸出。参考图4所示的板片101的正面1001侧的部分区域放大图，相邻的两个波纹结构211之间形成第一沟槽14，参考图5所示的板片101的反面1002侧的部分区域放大图，每个波纹结构211在板片101的反面1002一侧相对应形成第二沟槽24。

板片101的正反面两侧在其主换热区21处分别对应形成供制冷剂流动和供载冷剂流动的流通槽道，第一沟槽14形成供制冷剂流动的流通槽道的至少一部分，第二沟槽24形成供载冷剂流动的流通槽道的至少一部分。该两个流通槽道的通道容积不同，板片101容积较小的流通槽道所在的一侧用于流通制冷剂，即图2中板片101的正面1001侧；板片101容积较大的流通槽道所在的一侧用于流通载冷剂，即图2中板片101的反面1002侧。波纹结构211在板片101的主换热区21上相互间隔一定距离排列，多个波纹结构211之间的间距可以相等，也可以不等。

波纹结构211具有至少一个延伸段31。延伸段31相对于板片101长度方向L-L倾斜设置，且参考图2所示，延伸段31的延伸方向与板片101的长度方向L-L形成的夹角β满足65°≤β＜90°。延伸段31可以具有直线型的延伸方向，也可以为较小曲率的弧形形态的延伸方向。

在一些实施方式中，波纹结构211可仅具有一个延伸段31，延伸段31可以自板片一侧边沿延伸至另一侧边沿。当相邻的两张板片101装配时，两张板片101的延伸段31分别朝板片宽度方向的两侧倾斜，且均满足65°≤β＜90°。两张板片101的延伸段31相对于板片101的长度方向L-L倾斜的角度可以相同也可以不同。例如一张板片101的延伸段31相对于板片101的长度方向的夹角β为70°，另一张板片101的延伸段31相对于板片101的长度方向的夹角β为75°。

在其他实施方式中，参考图3，波纹结构211的延伸段31的数量大于等于2，图3中以波纹结构211具有4个延伸段31进行示意，相邻的两个延伸段31相对于板片的长度方向L-L分别向板片宽度方向W-W的两侧倾斜。每个延伸段31的延伸方向与板片101的长度方向L-L形成的夹角β均满足65°≤β＜90°。相邻的两个延伸段31的延伸方向与板片101的长度方向L-L形成的夹角β可以相同也可以不同，相邻的两个延伸段31延伸方向的夹角为2β的角度，即相邻的两个延伸段31延伸方向的夹角满足大于等于130°，且小于180°。示例的，对波纹结构211的两个相邻的延伸段31而言，该两个相邻延伸段31的延伸方向拟合的夹角为150°，其中一个延伸段31相对于板片101的长度方向的夹角β为70°，另一个延伸段31相对于板片101的长度方向的夹角β为80°，或者两个延伸段31相对于板片101的长度方向的夹角β均为75°。

波纹结构211还包括连接于相邻的两个延伸段31延伸方向末端的连接段32，从而波纹结构211以连续形态自板片宽度方向W-W的一侧边沿延伸至另一侧边沿。这种波纹结构211的形态可称为人字波，图2中人字波的重数为2重。相邻两张板片101通过局部位置处的人字型波纹尖角相对的方式进行装配，具有湍流程度高，强化换热效果好的技术特点。

流体在具有人字波结构的板片101的流动方式被分解为沿着槽道的槽向流(furrow flow)和大致沿着板片进出口之间形成的纵向流(longitude flow)。当延伸段31的延伸方向与板片101的长度方向L-L形成的夹角β满足65°≤β＜90°时，在板片101供制冷剂流动的正面1001一侧，基于较小通道容积前提下，有利于降低制冷剂的充注量，也有利于使得制冷剂获得较好的沿第一沟槽14流动的方式，制冷剂可更好的实现在板片101的宽度方向W-W的分配，制冷剂沿板片长度方向L-L上的流动流阻较大，有利于满足较大的流动压降指标，流体换热系数较高，板片换热性能和换热效率相对较好。

在有限的板片101的宽度条件下，相对较大的β角度也有利于降低每个波纹结构211的延伸段31和连接段32的数量，相对数量较少的连接段32有利于降低人字波尖角位置处对制冷剂沿槽向运动折流效果，保证制冷剂槽向运动的趋势，有利于提高制冷剂的流动压降，达到强化换热的目的。

而对于板片101供载冷剂流动的反面1002侧而言，由于载冷剂本身流动的槽道容积较大，在相对宽敞的流通槽道内，相对较大的β角度对载冷剂侧的槽向运行影响不明显，人字波尖角位置对流体运行的压降敏感性也较低，有利于使载冷剂以相对较低的流动压降流动，从而降低其所应用的热管理系统的泵功耗。

参考图4所示，波纹结构211设有第一凹陷部41，第一凹陷部41自波纹结构211的顶面下凹，第一凹陷部41沿着波纹结构211的延伸方向延伸，第一凹陷部41的底部相对于波纹结构211的顶面的深度D1小于平板部210相对于波纹结构211的顶面的深度D2。

图6为图4中的板片沿A-A方向的剖面示意图，A-A方向大致垂直穿过延伸段31。沿A-A方向上，板片101具有“一深一浅”的槽道结构，多张板片101装配后形成如图7示意的截面效果。

图7中以第一板片101和第二板片101’进行装配示意，第一板片101的波纹结构41相对于平板部210向板片101正面1001所在的一侧凸起，第二板片101’的波纹结构41’相对于其平板部210’向板片101’的反面1002所在的一侧凸起。在装配后，图5中以带虚线的较大的流动空间示意载冷剂侧的流通区域，不带虚线的较小的流动空间示意制冷剂侧的流通区域。图7中第二板片101’的波纹结构41’也可以通过设置第一凹陷部41’，使得第一板片101和第二板片101’的流通槽道的截面呈镜像对称。当然，第二板片101’也可为其他结构的板片，例如第二板片101’的正反面两侧的通道容积相同。只要相邻的两张板片中存在一张板片满足其正反面两侧的通道容积不同即可。

如图6所示，平板部210相对于波纹结构211的顶面的深度D2满足D2≤1.2mm。在汽车空调领域，较小的冲压深度D2有利于满足板片体积小的要求，使得装配后的板片101形成较为紧凑的制冷剂流通通道结构。

在一些实施方式中，平板部210相对于波纹结构211的顶面的深度D2满足0.7mm≤D2≤1mm，且延伸段31的延伸方向与板片101的长度方向L-L形成的夹角β满足70°≤β≤80°。这样有利于满足制冷剂侧的高的压降需求，板片整体换热效果较好。

波纹结构211包括位于第一凹陷部41两侧的两个子部42，与第一凹陷部41相邻的两个子部42延伸方向的中心线的间距记为L1，第一凹陷部41的底部相对于波纹结构211的顶面的深度记为D1，与平板部210相邻的两个子部42延伸方向的中心线的间距记为L2，平板部210相对于波纹结构211的顶面的深度记为D2，其中D1/L1≥1/6，D2/L2≥1/5。对于较深的第一沟槽14而言，平板部210相对于波纹结构211的顶面的深度D2较深，在此冲压深度较深的区域内，沿第一沟槽14冲压深度方向的换热面积较大，D2的深度至少达到L2长度的1/5有利于使得制冷剂的流动尽量体现面向板片壁面的流动方式，这样有利于提高气相工质和液相工质的掺混效果，优化换热性能。而对于较浅的第一凹陷部41而言，在此冲压深度较浅的区域，需要保证流体一定的流动性，因此针对D1的深度至少达到L1长度的1/6以上。

在一些实施方式中，D2的深度和D1的深度的比值可以大于等于1.5。对载冷剂侧而言，沿A-A方向上，被波纹结构211分隔开的平板部210的两个平板子部延伸方向的中心线之间的间距为L3，L3满足L3＝L1+L2，且L3与D1的比值小于等于8，间距L3不能过大，需要保证形成载冷剂流动空间的相邻板片之间的连接强度，否则在一定的流体压力下，间距L3过大容易造成板片变形。

在波纹结构211中，位于相邻连接段32之间的延伸段31在沿板片宽度方向W-W的尺寸C1大于等于12.5mm。在一定板宽条件下，通过约束连接于相邻连接段32之间的完整延伸段31沿板片宽度方向W-W的尺寸C1，使得人字波的重数可以减少，人字波的尖角强制流体实现折流效果达到较好的掺混效果在较大的β角度时优势不明显，此时紧凑的通道结构和较大的β角度有利于使得制冷剂侧进行强化换热。图2所示的板片101具有2重人字波，以连接于相邻的两个连接段32之间的延伸段31记为完整形态的一个延伸段，理想条件下50mm的板宽条件下最多布置四个完整形态的延伸段31。当然，板片101对应的完整形态的延伸段的数量小于等于4均可以，例如板片101的波纹结构211可以仅具有一个延伸段31，此时不构成人字波形态的波纹图案。

参考图10所示的板片101的结构示意图。板片101也可以具有两个延伸段31以及位于该两个延伸段31之间的连接段32，延伸段31一侧与板片边沿连接，另一侧与连接段32连接，理想条件下30mm的板宽条件下最多布置2个完整的延伸段31，从而形成1重人字波。

参考图11所示的板片101的结构示意图。以连接于相邻的两个连接段32之间的延伸段31记为完整形态的一个延伸段，板片101也可以具有2个完整的延伸段31和2个非完整形态的延伸段31，对应完整的延伸段31，如图11中沿板片宽度方向W-W上靠近中间位置处的第二次序和第三次序的延伸段31而言，其在沿板片宽度方向W-W的尺寸C1满足大于等于12.5mm；对应非完整形态的延伸段31，如图11中分别与板片边沿相连接的延伸段31而言，其在沿板片宽度方向W-W的尺寸C2小于等于C1。板片101的人字波的重数估算为1.8重人字波。

其他情况，例如板片101也可以具有三个延伸段31以及2个连接段32，该2个连接段32分别位于两组相邻两个延伸段31之间，从而大致形成1.5重人字波等等。

波纹结构211的第一凹陷部41的数量的取值范围为1个至3个，且在第一凹陷部41数量超过1个时，相邻的第一凹陷部相间隔设置。如图8所示的波纹结构211设置两个第一凹陷部41，两个第一凹陷部41之间相间隔设置。

在一些其他实施方式中，也可以不设置第一凹陷部41，参考图9，在板片101正反面两侧中的一侧的主换热区21，波纹结构211的顶面形成用于与其他板片相接触的第一区域M1，在板片101正反面两侧中的另一侧的主换热区21处，平板部210形成用于与其他板片相接触的第二区域M2，第一区域M1的面积与第二区域M2的面积不相等。具体的，参考图9所示，波纹结构211的顶面至少部分区域为用于与其他板片相接触的平面区域，此时波纹结构211不设置第一凹陷部41，第一区域M1的面积与第二区域M2的面积不相等也可以实现非对称的通道结构，使得板片其中一侧通道容积较小，另一侧通道容积较大。

在长度方向的尺寸约束为小于等于300mm的板片中，由于板片正反面分别形成的制冷剂流通槽道和载冷剂流通槽道容积不同，制冷剂在容积较小即较为紧凑的流通槽道内流动以达到较少的制冷剂充注量以及较好的换热性能，延伸段相对于板片长度方向以β角满足65°≤β＜90°的方式倾斜设置，对通道结构较为紧凑的制冷剂侧而言，制冷剂更容易沿与延伸段的延伸方向相对应的槽道内流动，相应的制冷剂在沿板片长度方向上的流动流阻增大，从而相对较大的β角度有利于满足高压降的制冷剂侧技术需求，使制冷剂侧达到较好的强化换热目的，同时载冷剂在容积较大即较为宽敞的流通槽道内流动，相对较为宽敞的载冷剂流道有利于兼顾载冷剂侧低压降的技术需求，有利于从整体上提高小尺寸板式换热器的换热效果。

以上实施方式仅用于说明本申请而并非限制本申请所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施方式对本申请已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本申请进行修改或者等同替换，而一切不脱离本申请的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种板式换热器(10)的板片(101)，所述板片(101)设有主换热区(21)，所述板片(101)具有位于所述主换热区(21)的平板部(210)和多个波纹结构(211)；在沿板片长度方向(L-L)上，所述多个波纹结构(211)彼此间隔排布且多个波纹结构(211)均于板片(101)同一侧相对于所述平板部(210)凸起；所述板片(101)正反面两侧在其主换热区(21)处分别对应形成供制冷剂流动和供载冷剂流动的流通槽道，且该两个流通槽道的通道容积不同，其中，所述板片容积较小的流通槽道所在的一侧用于流通制冷剂，所述板片容积较大的流通槽道所在的一侧用于流通载冷剂；

所述板片(101)在其长度方向(L-L)的尺寸小于等于300mm；所述波纹结构(211)具有至少一个延伸段(31)；所述延伸段(31)相对于板片(101)长度方向(L-L)倾斜设置，且所述延伸段(31)的延伸方向与板片(101)的长度方向(L-L)形成的夹角(β)满足65°≤β＜90°。

2.根据权利要求1所述的板片(101)，其特征在于，所述波纹结构(211)的延伸段(31)的数量大于等于2，相邻的两个延伸段(31)相对于所述板片(101)的长度方向(L-L)分别向板片宽度方向(W-W)的两侧倾斜；所述波纹结构(211)还包括连接于相邻的两个延伸段(31)延伸方向末端的连接段(32)；所述波纹结构(211)以连续形态自板片宽度方向(W-W)的一侧边沿延伸至另一侧边沿。

3.根据权利要求2所述的板片(101)，其特征在于，所述波纹结构(211)设有第一凹陷部(41)，所述第一凹陷部(41)自波纹结构(211)的顶面下凹，所述第一凹陷部(41)沿着所述波纹结构(211)的延伸方向延伸，所述第一凹陷部(41)的底部相对于所述波纹结构(211)的顶面的深度小于所述平板部(210)相对于所述波纹结构(211)的顶面的深度。

4.根据权利要求3所述的板片(101)，其特征在于，所述平板部(210)相对于所述波纹结构(211)的顶面的深度记为(D2)，其中，D2≤1.2mm。

5.根据权利要求4所述的板片(101)，其特征在于，所述平板部(210)相对于所述波纹结构(211)的顶面的深度(D2)满足0.7mm≤D2≤1mm；且所述延伸段(31)的延伸方向与板片的长度方向(L-L)形成的夹角(β)满足70°≤β≤80°。

6.根据权利要求3所述的板片(101)，其特征在于，所述波纹结构(211)包括位于第一凹陷部(41)两侧的两个子部(42)；与第一凹陷部(41)相邻的两个子部(42)延伸方向的中心线的间距记为(L1)，所述第一凹陷部(41)的底部相对于波纹结构(211)的顶面的深度记为(D1)，与所述平板部(210)相邻的两个子部(42)延伸方向的中心线的间距记为(L2)，其中D1/L1≥1/6，D2/L2≥1/5。

7.根据权利要求2所述的板片(101)，其特征在于，在所述波纹结构(211)中，对于位于相邻连接段(32)之间的延伸段(31)而言，其在沿板片宽度方向(W-W)的尺寸(C1)满足C1≥12.5mm。

8.根据权利要求1所述的板片(101)，其特征在于，所述板片(101)正反面两侧中的其中一侧的主换热区(21)处，所述波纹结构(211)的顶面形成用于与其他板片相接触的第一区域(M1)；所述板片(101)正反面两侧中的另一侧的主换热区(21)处，所述平板部(210)形成用于与其他板片相接触的第二区域(M2)；所述第一区域(M1)的面积与所述第二区域(M2)的面积不相等。

9.根据权利要求3所述的板片(101)，其特征在于，每个波纹结构(211)的所述第一凹陷部(41)的数量的取值范围为1个至3个，且在第一凹陷部(41)数量超过1个时，相邻的第一凹陷部(41)相间隔设置。

10.一种板式换热器(10)，其特征在于，所述板式换热器(10)应用于汽车空调热管理系统中，所述板式换热器(10)包括至少一张如权利要求1至9任一所述的板片(101)。

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