CN113175832A - 板式换热器及具有其的换热系统 - Google Patents

板式换热器及具有其的换热系统 Download PDF

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CN113175832A CN202110602749.3A CN202110602749A CN113175832A CN 113175832 A CN113175832 A CN 113175832A CN 202110602749 A CN202110602749 A CN 202110602749A CN 113175832 A CN113175832 A CN 113175832A
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heat exchange
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plate heat
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何林
罗建飞
李斌
赵树男
李华松
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Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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Abstract

本发明提供了一种板式换热器及具有其的换热系统。其中，板式换热器包括前端板、后端板及位于前端板和后端板之间的多个换热片，相邻的两个换热片之间形成换热流道，前端板上设置有流体进口；板式换热器还包括：环形分配结构，与流体进口相对设置且位于换热流道内，环形分配结构的两端分别与两个换热片连接；环形分配结构包括沿其内周面间隔设置的多个分配孔，各分配孔贯穿相应的环形分配结构的内壁和外壁；其中，环形分配结构为多个，多个环形分配结构与多个换热流道一一对应地设置。本发明有效地解决了现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题。

Description

板式换热器及具有其的换热系统
技术领域
本发明涉及板式换热器技术领域，具体而言，涉及一种板式换热器及具有其的换热系统。
背景技术
目前，板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器，具有传热效率高、质量轻、占用空间小、结构紧凑、易维修维护等优点，在空调领域应用广泛。具体地，影响板式换热器性能的主要原因是两相流体在流道间的分配不均，流体入口侧通常为气液两相混合物，在液相流体分配较少的流道，流体提前“蒸干”，换热效果变差；在液相流体分配较多的流道，蒸发不完全，导致整体换热量降低。
在现有技术中，为了解决上述分液不均的问题，现有技术中公开了一种有利于流体分配均匀的板式换热器，其主要在进液角孔处做了改进，进液通道内的两相流体先经喇叭口导流、再经环向分配通道进入流道，该设计降低了流体进入分配通道的阻力，使得流体分配和热量交换更均匀。
然而，在现有技术中的板式换热器中，板片之间以钎焊的方式进行固定，两相邻分配通道连接部的焊接面积较小，流体在该密封连接处泄露的可能性较大，影响板式换热器的分液效果和分液效率。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种板式换热器及具有其的换热系统，以解决现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种板式换热器，包括前端板、后端板及位于前端板和后端板之间的多个换热片，相邻的两个换热片之间形成换热流道，前端板上设置有流体进口；板式换热器还包括：环形分配结构，与流体进口相对设置且位于换热流道内，环形分配结构的两端分别与两个换热片连接；环形分配结构包括沿其内周面间隔设置的多个分配孔，各分配孔贯穿相应的环形分配结构的内壁和外壁；其中，环形分配结构为多个，多个环形分配结构与多个换热流道一一对应地设置。
进一步地，前端板上还设置有第一过液口，第一过液口位于流体进口的一侧；其中，沿流体进口至第一过液口的方向上，多个分配孔位于环形分配结构的中心轴线与第一过液口之间。
进一步地，多个分配孔包括：第一分配孔，过环形分配结构的中心轴的竖直线L1与第一分配孔的中心轴线之间呈第一夹角A设置；其中，第一夹角A大于或等于5°且小于或等于15°。
进一步地，多个分配孔还包括：第二分配孔，过环形分配结构的中心轴的竖直线L1与第二分配孔的中心轴线之间呈第二夹角B设置；其中，第二夹角B大于或等于25°且小于或等于35°。
进一步地，流体进口为圆孔，圆孔与环形分配结构同轴设置。
进一步地，环形分配结构的内径D1与圆孔的内径D2之间满足：
Figure BDA0003093155050000021
进一步地，环形分配结构的内径D1与圆孔的内径D2之间满足：
Figure BDA0003093155050000022
进一步地，各分配孔包括：第一孔段，第一孔段的第一端与环形分配结构的内腔连通；第二孔段；第三孔段，第三孔段的第一端与换热流道连通，第一孔段的第二端通过第二孔段与第三孔段的第二端连通；其中，沿第一孔段至第三孔段的方向上，第一孔段的内径逐渐减小，第三孔段的内径逐渐增大。
进一步地，环形分配结构的厚度S与第二孔段的内径D3之间满足：
Figure BDA0003093155050000023
进一步地，第一孔段的内周面为锥形面；或者，第一孔段的内周面由弧线绕第一孔段的中心轴环绕形成。
进一步地，第三孔段的内周面为锥形面；或者，第三孔段的内周面由弧线绕第三孔段的中心轴环绕形成。
根据本发明的另一方面，提供了一种换热系统，包括上述的板式换热器。
应用本发明的技术方案，两相流体通过流体进口进入环形分配结构内，在两相流体穿过多个分配孔的过程中，分配孔的上述设置增加了两相流体的流动阻力，以使两相流体中的气相流体和液相流体在压力作用下进行良好的混合。这样，由于环形分配结构为多个，且多个环形分配结构与多个换热流道一一对应地设置，以使进入流体进口内的两相流体被均匀分配，进而解决了现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题，以使进入各换热流道内的两相流体进行充分地混合，使得板式换热器内的两相流体的分配效果更佳，提升了板式换热器的换热效率。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的板式换热器的实施例的主视图；
图2示出了图1中的板式换热器的局部剖视图；
图3示出了图2中的板式换热器的环形分配结构的剖视图；
图4示出了不同环形分配结构的内径下液相流量的不均匀度；以及
图5示出了不同夹角下液相流量的不均匀度。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、前端板；11、流体进口；12、第一过液口；13、流体出口；14、第二过液口；20、后端板；30、换热片；40、换热流道；50、环形分配结构；51、分配孔；511、第一分配孔；512、第二分配孔；513、第一孔段；514、第二孔段；515、第三孔段。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“左、右”通常是针对附图所示的左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。
为了解决现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题，本申请提供了一种板式换热器及具有其的换热系统。
如图1至图3所示，板式换热器包括前端板10、后端板20及位于前端板10和后端板20之间的多个换热片30，相邻的两个换热片30之间形成换热流道40，前端板10上设置有流体进口11。板式换热器还包括环形分配结构50。环形分配结构50与流体进口11相对设置且位于换热流道40内，环形分配结构50的两端分别与两个换热片30连接。环形分配结构50包括沿其内周面间隔设置的多个分配孔51，各分配孔51贯穿相应的环形分配结构50的内壁和外壁。其中，环形分配结构50为多个，多个环形分配结构50与多个换热流道40一一对应地设置。
应用本实施例的技术方案，两相流体通过流体进口11进入环形分配结构50内，在两相流体穿过多个分配孔51的过程中，分配孔51的上述设置增加了两相流体的流动阻力，以使两相流体中的气相流体和液相流体在压力作用下进行良好的混合。这样，由于环形分配结构50为多个，且多个环形分配结构50与多个换热流道40一一对应地设置，以使进入流体进口11内的两相流体被均匀分配，进而解决了现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题，以使进入各换热流道40内的两相流体进行充分地混合，使得板式换热器内的两相流体的分配效果更佳，提升了板式换热器的换热效率。
在本实施例中，各环形分配结构50与一个换热流道40对应设置，该环形分配结构50的两端分别延伸至形成上述换热流道40的两个换热片30上。环形分配结构50的两端均以钎焊的方式固定在两个换热片30上，环形分配结构50的厚度与换热流道40的宽度一致。
在本实施例中，多个环形分配结构50与多个换热流道40一一对应地设置，提升了环形分配结构50的通用性，若改变了换热片30的数量，只需改变环形分配结构50的数量即可，降低了工作人员的劳动强度。
在本实施例中，各环形分配结构50包括两个分配孔51，即使混合在两相流体内的杂物堵塞一个分配孔51，两相流体也能够从另一个分配孔51流过，进而确保两相流体能够在板式换热器内顺畅地流动，提升了板式换热器的换热效率。同时，上述设置提升了换热流道40内横向分配的均匀性。
需要说明的是，各环形分配结构50具有的分配孔51的个数不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，各环形分配结构50包括三个、或四个、或五个、或多个分配孔51。
如图1和图2所示，前端板10上还设置有第一过液口12，第一过液口12位于流体进口11的一侧。其中，沿流体进口11至第一过液口12的方向上，多个分配孔51位于环形分配结构50的中心轴线与第一过液口12之间。这样，第一过液口12用于供水进入，进入板式换热器内的水能够与换热片30和两相流体进行换热，进而对换热片30和两相流体进行降温、冷却。上述设置确保分配孔51位于板式换热器内靠近第一过液口12的一侧，以使两相流体靠近水，通过水对两相流体进行良好的降温。
如图2和图3所示，多个分配孔51包括第一分配孔511。过环形分配结构50的中心轴的竖直线L1与第一分配孔511的中心轴线之间呈第一夹角A设置。其中，第一夹角A大于或等于5°且小于或等于15°。这样，第一夹角A的上述取值范围最大程度地提升了两相流体的混合均匀度，进而提升了板式换热器的换热效率。同时，上述设置能够避免环形分配结构50内产生流动死区，提升了两相流体在环形分配结构50内的流动流畅性。
在本实施例中，第一夹角A为10°。这样，上述设置使得第一分配孔511的加工更加容易、简便，降低了加工难度和加工成本。
需要说明的是，第一夹角A的取值不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，第一夹角A为8°、或12°。
如图2和图3所示，多个分配孔51还包括第二分配孔512。过环形分配结构50的中心轴的竖直线L1与第二分配孔512的中心轴线之间呈第二夹角B设置。其中，第二夹角B大于或等于25°且小于或等于35°。这样，第二夹角B的上述取值范围最大程度地提升了两相流体的混合均匀度，进而提升了板式换热器的换热效率。同时，上述设置能够避免环形分配结构50内产生流动死区，提升了两相流体在环形分配结构50内的流动流畅性。
在本实施例中，第二夹角B为20°。这样，上述设置使得第二分配孔512的加工更加容易、简便，降低了加工难度和加工成本。
需要说明的是，第二夹角B的取值不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，第二夹角B为28°、或32°。
具体地，图5示出了不同夹角下液相流量的不均匀度，当夹角过大时，聚积在进口侧底部的液相流体无法更好的流入前端的换热流道40，导致分配均匀性变差。
在本实施例中，流体进口11为圆孔，圆孔与环形分配结构50同轴设置。这样，上述设置尽可能使得两相流体均匀地进入至各环形分配结构50内，进一步提升了板式换热器内两相流体的分配均匀性。
可选地，环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之间满足：
Figure BDA0003093155050000051
这样，环形分配结构50的内径大于圆孔的内径，两相流体流入环形分配结构50内后由于储液空间突扩，部分液相流体受重力影响集聚在流体进口侧的底部，并流入靠近流体进口11的换热流道40内，气相流体带动液相流体向后运动流入远离流体进口11的换热流道40内，最终实现各换热流道40内流量均匀分配的目的。
在本实施例中，环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之间满足：
Figure BDA0003093155050000052
具体地，当环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之比较小时，液相流体更易向前运动，增加了流入远离流体进口11的换热流道40内的流量。增大环形分配结构50的内径D1后，部分液相流体受重力影响集聚在靠近流体进口11的换热流道40内，使得多个换热流道40内的流量分配更为均匀。图4示出了不同环形分配结构50的内径D1下液相流量的不均匀度，当环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之比接近2.0时，分配不均匀度最小。
需要说明的是，环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之间的关系不限于此，可根据工况和使用需求进行调整。可选地，环形分配结构50的内径D1与圆孔的内径D2之间满足：
Figure BDA0003093155050000053
或者，
Figure BDA0003093155050000054
如图3所示，各分配孔51包括第一孔段513、第二孔段514及第三孔段515。第一孔段513的第一端与环形分配结构50的内腔连通。第三孔段515的第一端与换热流道40连通，第一孔段513的第二端通过第二孔段514与第三孔段515的第二端连通。其中，沿第一孔段513至第三孔段515的方向上，第一孔段513的内径逐渐减小，第三孔段515的内径逐渐增大。在两相流体进入环形分配结构50内后，由于各分配孔51的孔径先减小后增大，故两相流体会受到各分配孔51内阻力的影响，以使两相流体在各分配孔51内形成混流，进而实现了气相流体和液相流体的充分融合。
具体地，各分配孔51的上述设置使得两相流体经分配孔51流出时的流速增大，进而使得两相流体在换热流道40内的扩散范围更广，提升横向分配的效果。
在本实施例中，第一分配孔511和第二分配孔512的形状相同，用于提升换热流道40内横向分配的均匀性，同时降低分配孔51被杂物堵塞导致换热流道40失效的风险。
可选地，环形分配结构50的厚度S与第二孔段514的内径D3之间满足：
Figure BDA0003093155050000061
这样，第二孔段514内径的上述取值范围能够避免环形分配结构50内产生较大压降，延长了环形分配结构50的使用寿命。
可选地，第一孔段513的内周面为锥形面；或者，第一孔段513的内周面由弧线绕第一孔段513的中心轴环绕形成。这样，两相流体在第一孔段513内流动的过程中，上述设置使得两相流体在第一孔段513内进行一定的缓冲，以避免气相流体和液相流体分离，以使二者的混合更加均匀。同时，上述设置使得第一孔段513的结构更加灵活，以满足不同的使用需求和工况。
可选地，第三孔段515的内周面为锥形面；或者，第三孔段515的内周面由弧线绕第三孔段515的中心轴环绕形成。这样，两相流体在第三孔段515内流动的过程中，上述设置使得两相流体在第三孔段515内进行一定的缓冲，以避免气相流体和液相流体分离，以使二者的混合更加均匀。同时，上述设置使得第三孔段515的结构更加灵活，以满足不同的使用需求和工况。
在本实施例中，本实施例中的板式换热器与现有技术中板式换热器的换热能力对比情况如表1所示：
表1本实施例中的板式换热器与现有技术中板式换热器的换热能力对比
Figure BDA0003093155050000062
经表1可知：在相同工况条件下，本实施例中的板式换热器与现有技术中的板式换热器相比，本实施例中的板式换热器的换热能力增加1.53kw，整体换热效果提升10％左右。
如图1所示，前端板10还具有流体出口13和第二过液口14，第二过液口14用于供水流出且位于第一过液口12的上方，流体出口13位于流体进口11的上方。
本申请还提供了一种换热系统(未示出)，包括上述的板式换热器。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
两相流体通过流体进口进入环形分配结构内，在两相流体穿过多个分配孔的过程中，分配孔的上述设置增加了两相流体的流动阻力，以使两相流体中的气相流体和液相流体在压力作用下进行良好的混合。这样，由于环形分配结构为多个，且多个环形分配结构与多个换热流道一一对应地设置，以使进入流体进口内的两相流体被均匀分配，进而解决了现有技术中板式换热器的两相流体在流道内的分配不均的问题，以使进入各换热流道内的两相流体进行充分地混合，使得板式换热器内的两相流体的分配效果更佳，提升了板式换热器的换热效率。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (12)

1.一种板式换热器，包括前端板(10)、后端板(20)及位于所述前端板(10)和所述后端板(20)之间的多个换热片(30)，相邻的两个所述换热片(30)之间形成换热流道(40)，所述前端板(10)上设置有流体进口(11)；其特征在于，所述板式换热器还包括：
环形分配结构(50)，与所述流体进口(11)相对设置且位于所述换热流道(40)内，所述环形分配结构(50)的两端分别与两个所述换热片(30)连接；所述环形分配结构(50)包括沿其内周面间隔设置的多个分配孔(51)，各所述分配孔(51)贯穿相应的所述环形分配结构(50)的内壁和外壁；
其中，所述环形分配结构(50)为多个，多个所述环形分配结构(50)与多个所述换热流道(40)一一对应地设置。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述前端板(10)上还设置有第一过液口(12)，所述第一过液口(12)位于所述流体进口(11)的一侧；其中，沿所述流体进口(11)至所述第一过液口(12)的方向上，所述多个分配孔(51)位于所述环形分配结构(50)的中心轴线与所述第一过液口(12)之间。
3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，所述多个分配孔(51)包括：
第一分配孔(511)，过所述环形分配结构(50)的中心轴的竖直线L1与所述第一分配孔(511)的中心轴线之间呈第一夹角A设置；其中，所述第一夹角A大于或等于5°且小于或等于15°。
4.根据权利要求3所述的板式换热器，其特征在于，所述多个分配孔(51)还包括：
第二分配孔(512)，过所述环形分配结构(50)的中心轴的竖直线L1与所述第二分配孔(512)的中心轴线之间呈第二夹角B设置；其中，所述第二夹角B大于或等于25°且小于或等于35°。
5.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述流体进口(11)为圆孔，所述圆孔与所述环形分配结构(50)同轴设置。
6.根据权利要求5所述的板式换热器，其特征在于，所述环形分配结构(50)的内径D1与所述圆孔的内径D2之间满足：
Figure FDA0003093155040000011
7.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，所述环形分配结构(50)的内径D1与所述圆孔的内径D2之间满足：
Figure FDA0003093155040000012
8.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，各所述分配孔(51)包括：
第一孔段(513)，所述第一孔段(513)的第一端与所述环形分配结构(50)的内腔连通；
第二孔段(514)；
第三孔段(515)，所述第三孔段(515)的第一端与所述换热流道(40)连通，所述第一孔段(513)的第二端通过所述第二孔段(514)与所述第三孔段(515)的第二端连通；
其中，沿所述第一孔段(513)至所述第三孔段(515)的方向上，所述第一孔段(513)的内径逐渐减小，所述第三孔段(515)的内径逐渐增大。
9.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述环形分配结构(50)的厚度S与所述第二孔段(514)的内径D3之间满足：
Figure FDA0003093155040000021
10.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述第一孔段(513)的内周面为锥形面；或者，所述第一孔段(513)的内周面由弧线绕所述第一孔段(513)的中心轴环绕形成。
11.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述第三孔段(515)的内周面为锥形面；或者，所述第三孔段(515)的内周面由弧线绕所述第三孔段(515)的中心轴环绕形成。
12.一种换热系统，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的板式换热器。
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