CN113776367B - 一种歧管管壳式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种歧管管壳式换热器，包括外壳，所述外壳内设置热流体歧管层、冷流体歧管层及换热毛细力层，其中换热毛细力层包括热流体毛细力层和冷流体毛细力层，冷流体歧管层贴合于冷流体毛细力层，热流体歧管层贴合于热流体毛细力层，热流体毛细力层和冷流体毛细力层互相不连通，热流体和冷流体通过换热毛细力层进行换热。本发明提供一种可实现冷热流体热量交换的歧管式微通道换热器。既可以降低整体的压力损失，又可以兼具歧管冲击射流的优势，强化流体扰动及换热。同时又可保证流体的均匀分布以及冷热流体的逆流，提高换热效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器技术，尤其涉及一种热管换热器，属于F28d15/02的热管领域。
背景技术
换热器是将冷热流体进行热量交换的设备，也称热交换器。换热器在诸多领域均被广泛应用。在如电子，石化，通信，航空航天等领域由于其工作场景较为特殊，因此对换热器的尺寸和重量有着特殊要求，且要求其换热能力更强。1981年有学者提出利用微通道进行散热，既可以缩小换热器的体积又可以利用微通道较高的比表面积大幅提高其换热能力。然而其虽然换热能力较强，但由于微通道的水力直径较小其整体的压力损失也较高。
大量研究发现，微通道换热器还存在温度分配不均匀的问题，1991年又有学者在其微通道换热器的基础上提出了歧管式微通道换热器，并大幅降低其整体压力损失。然而大量的研究表明歧管微通道内流体分布并不均匀，导致其温度分布并不均匀。
专利CN201811088661.9公开了一种歧管式射流微通道换热器，通过射流强化扰动提升换热，且提高的其底部的温度分布特性。专利CN202010760271.2公开了一种高深宽比的歧管式微通道换热器，提高了换热面积，且有效降低压降。专利2021104191686公开了一种歧管式金刚石微通道换热器，满足高热密度散热。但是上述现有技术可消除某一热点的热量，但无法实现冷热流体的热量交换。
针对上述缺陷，本发明对目前的换热器进行了改进，提供一种可实现冷热流体热量交换的歧管式微通道换热器。既可以降低整体的压力损失，又可以兼具歧管冲击射流的优势，强化流体扰动及换热。同时又可保证流体的均匀分布以及冷热流体的逆流，提高换热效率。
发明内容
本发明旨在提供一种可实现冷热流体热量交换的歧管式微通道换热器。既可以降低整体的压力损失，又可以兼具歧管冲击射流的优势，强化流体扰动及换热。同时又可保证流体的均匀分布以及冷热流体的逆流，提高换热效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种歧管管壳式换热器，包括外壳，所述外壳内设置热流体歧管层、冷流体歧管层及换热毛细力层，其中换热毛细力层包括热流体毛细力层和冷流体毛细力层，冷流体歧管层贴合于冷流体毛细力层，热流体歧管层贴合于热流体毛细力层，热流体毛细力层和冷流体毛细力层互相不连通，热流体和冷流体通过换热毛细力层进行换热。
作为优选，热流体歧管层包括热流体入口汇管、热流体出口汇管、热流体入口歧管和热流体出口歧管，热流体入口汇管与热流体入口歧管连通，热流体出口汇管与热流体出口歧管连通，热流体入口歧管和热流体出口歧管通过热流体毛细力层连通。
作为优选，热流体歧管层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成热流体入口歧管，另一侧形成热流体出口歧管，所述热流体入口歧管和热流体出口歧管不直接连通。
作为优选，冷流体歧管层包括冷流体入口汇管、冷流体出口汇管、冷流体入口歧管和冷流体出口歧管，冷流体入口汇管与冷流体入口歧管连通，冷流体出口汇管与冷流体出口歧管连通，冷流体入口歧管和冷流体出口歧管通过冷流体毛细力层连通。
作为优选，冷流体歧管层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成冷流体入口歧管，另一侧形成冷流体出口歧管，所述冷流体入口歧管和冷流体出口歧管不直接连通。
作为优选，冷流体入口汇管、冷流体出口汇管设计为锥形结构，沿着冷流体入口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越小，沿着冷流体出口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越大。
作为优选，弯折的板状结构是V形结构或者梯形结构。
作为优选，毛细力层是微通道结构。
与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：
1) 本发明对目前的歧管换热器进行了改进，既可以降低整体的压力损失，又可以兼具歧管冲击射流的优势，强化流体扰动及换热。同时又可保证流体的均匀分布以及冷热流体的逆流，提高换热效率。
2）毛细力层毛吸力沿着垂直于板状结构方向布置，使得流体通过垂直于板状结构的从入口歧管进入出口歧管，一方面可以加快流体的流动，使得流体分布均匀，另一方面能够垂直于板状结构，板状结果类似板式翅片，进一步提高换热系数。
3）本发明通过毛吸力布置，使得中间位置的毛吸力最大，靠近入口汇管和出口汇管的毛吸力变小，使得流体都集中在中部进行换热，从而整体上提高换热效率。
附图说明
图1是本发明换热器整体结构图；
图2是本发明换热器分层结构图；
图3是本发明换热器热流体歧管层结构图；
图4是本发明换热器冷流体歧管层结构图；
图5是本发明换热器换热微通道层结构优选示意图；
图6是本发明热流体歧管层流动示意图；
图7是冷流体歧管层流动示意图；
图8是本发明整体流动示意图。
附图标记：
图1：1外壳；2热流体歧管层；3冷流体歧管层；4换热微通道层；
图2：1外壳、11热流体入口、12热流体出口、13冷流体入口、14冷流体出口；2热流体歧管层、21热流体入口汇管、22热流体出口汇管、23热流体入口歧管、24热流体出口歧管；3冷流体歧管层、31冷流体入口汇管、32冷流体出口汇管、33冷流体入口歧管、34冷流体出口歧管；4 换热微通道层；
图3：2热流体歧管层、21热流体入口汇管、22热流体出口汇管、23热流体入口歧管、24热流体出口歧管
图4：3冷流体歧管层、31冷流体入口汇管、32冷流体出口汇管、33冷流体入口歧管、34冷流体出口歧管；
图5：4换热微通道层、41换热微通道、411热流体微通道、412冷流体微通道；
图6：11热流体入口、12热流体出口、21热流体入口汇管、22热流体出口汇管、23热流体入口歧管、24热流体出口歧管；
图7：13冷流体入口、14冷流体出口、31冷流体入口汇管、32冷流体出口汇管、33冷流体入口歧管、34冷流体出口歧管；
图8：411热流体微通道、412冷流体微通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图1-8公开了一种歧管管壳式换热器。如图1所示，所述歧管管壳式换热器包括外壳1，所述外壳1内设置热流体歧管层2、冷流体歧管层3及换热毛细力层4。如图2所示，换热毛细力层包括热流体毛细力层411和冷流体毛细力层412，冷流体歧管层3贴合于冷流体毛细力层412，热流体歧管层2贴合于热流体毛细力层411，热流体毛细力层411和冷流体毛细力层412互相不连通，即热流体和冷流体无法混合，热流体和冷流体通过换热毛细力层4进行换热。
现对于现有技术仅仅针对某一热点进行散热，本发明提供一种可实现冷热流体热量交换的歧管式微通道换热器。冷热流体可以通过换热毛细力层4进行换热。上述结构既有换热器的两种流体进行换热的特点，同时也兼容歧管式微通道换热器的优点，既可以降低整体的压力损失，又可以兼具歧管冲击射流的优势，强化流体扰动及换热。同时又可保证流体的均匀分布以及冷热流体的逆流，提高换热效率。
作为优选，如图3所示，热流体歧管层2包括热流体入口汇管21、热流体出口汇管22、热流体入口歧管23和热流体出口歧管24，热流体入口汇管21与热流体入口歧管23连通，热流体出口汇管22与热流体出口歧管24连通，热流体入口歧管23和热流体出口歧管24彼此之间不直接连通，通过热流体毛细力层411实现流体连通。流体通过热流体毛细力层的毛吸力使得热流体从热流体入口歧管23流到热流体出口歧管24。
作为优选，如图3所示，热流体歧管层2包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成热流体入口歧管23，另一侧形成热流体出口歧管24，所述热流体入口歧管23和热流体出口歧管24不直接连通。流体通过热流体毛细力层的毛吸力使得热流体从热流体入口歧管23流到热流体出口歧管24。
作为优选，如图4所示，冷流体歧管层3包括冷流体入口汇管31、冷流体出口汇管32、冷流体入口歧管33和冷流体出口歧管34，冷流体入口汇管31与冷流体入口歧管33连通，冷流体出口汇管32与冷流体出口歧管34连通，冷流体入口歧管33和冷流体出口歧管34通过冷流体毛细力层412连通。流体通过冷流体毛细力层的毛吸力使得冷流体从冷流体入口歧管33流到冷流体出口歧管34。
作为优选，如图4所示，冷流体歧管层3包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成冷流体入口歧管33，另一侧形成冷流体出口歧管34，所述冷流体入口歧管和冷流体出口歧管不直接连通。流体通过冷流体毛细力层的毛吸力使得冷流体从冷流体入口歧管33流到冷流体出口歧管34。
作为优选，冷流体入口汇管31、冷流体出口汇管32设计为锥形结构，沿着冷流体入口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越小，沿着冷流体出口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越大。
热流体入口汇管21、热流体出口汇管22设计为锥形结构，沿着热流体入口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越小，沿着热流体出口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越大。
这可以保证流体在热流体微通道411及冷流体微通道412的均匀分布，既可以提高换热效率又可以降低整体压降。
作为优选，弯折的板状结构是V形结构或者梯形结构。这可以在相同的宽度内设计更多的换热微通道，增加换热面积，在缩小体积的同时提升整体的换热能力。
作为优选，热流体入口、热流体出口设置在热流体歧管层2上对角设置。冷流体入口、冷流体出口设置在冷流体歧管层3上对角设置。如此设置能够保证流体换热面积，减少短路现象发生。
作为优选，热流体入口对应的位置设置冷流体出口，热流体出口对应的位置设置冷流体入口。上述设置能够产生类似管壳式换热器的逆流效果，提高换热效率。
作为优选，毛细力层是微通道结构。
作为优选，毛细力层毛吸力沿着垂直于板状结构方向布置。作为优选，微通道结构的微通道垂直于板状结构方向布置。通过如此布置使得流体通过垂直于板状结构的从入口歧管进入出口歧管，一方面可以加快流体的流动，使得流体分布均匀，另一方面能够垂直于板状结构，板状结果类似板式翅片，进一步提高换热系数。
作为优选，冷流体毛细力层中间位置的毛吸力大于靠近冷流体入口汇管和冷流体出口汇管的毛吸力。热流体毛细力层中间位置的毛吸力大于靠近热流体入口汇管和热流体出口汇管的毛吸力。因为中部换热能力最大，通过上述设置，使得中间位置的毛吸力最大，靠近入口汇管和出口汇管的毛吸力变小，使得流体都集中在中部进行换热，从而整体上提高换热效率。
作为优选，从冷流体入口汇管31到冷流体出口汇管32之间，毛细力层毛吸力先变大，然后再变小。同理，从热流体入口汇管21到热流体出口汇管22之间，毛细力层毛吸力先变大，然后再变小。通过这种渐变式的毛吸力布置，能够进一步提高换热效率。
将热流体入口汇管21、热流体出口汇管22、热流体入口歧管23、热流体出口歧管24以及冷流体入口汇管31、冷流体出口汇管32、冷流体入口歧管33、冷流体出口歧管34均设计为锥形，这可以保证流体在热流体微通道411及冷流体微通道412的均匀分布，既可以提高换热效率又可以降低整体压降。与此同时我们将换热微通道层4中的热流体微通道411和冷流体微通道412设计为V形，这可以在相同的宽度内设计更多的换热微通道，增加换热面积，在缩小体积的同时提升整体的换热能力。此外在此设备中热流体入口歧管23和冷流体入口歧管33在空间上是交错布置，此设计可以实现冷热流体的逆流，进一步提升整体换热能力。
工作过程如下：热流体经热流体入口11流入换热器，而后进入到热流体入口汇管21内后再流入到热流体入口歧管23内，并向下冲击到热流体微通道411内，并沿着热流体微通道411的流动方向向两侧流动，而后不同方向的流体汇合流入到热流体出口歧管24内，在热流体出口汇管22汇合后经热流体出口12流出换热器。与此同时冷流体经冷流体入口13流入换热器，而后进入到冷流体入口汇管31内后再流入到冷流体入口歧管33内，并向下冲击到冷流体微通道412内，并沿着冷流体微通道412的流动方向向两侧流动，并在此出与热流体微通道411的热流体形成逆流，实现热量交换。而后来自不同方向的冷流体汇合流入到冷流体出口歧管34内，在冷流体出口汇管32汇合后经冷流体出口14流出换热器。
虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (6)
1.一种歧管管壳式换热器，包括外壳，所述外壳内设置热流体歧管层、冷流体歧管层及换热毛细力层，其中换热毛细力层包括热流体毛细力层和冷流体毛细力层，冷流体歧管层贴合于冷流体毛细力层，热流体歧管层贴合于热流体毛细力层，热流体毛细力层和冷流体毛细力层互相不连通，热流体和冷流体通过换热毛细力层进行换热；
热流体歧管层包括热流体入口汇管、热流体出口汇管、热流体入口歧管和热流体出口歧管，热流体入口汇管与热流体入口歧管连通，热流体出口汇管与热流体出口歧管连通，热流体歧管层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成热流体入口歧管，另一侧形成热流体出口歧管；所述热流体入口歧管和热流体出口歧管不直接连通，热流体入口歧管和热流体出口歧管通过热流体毛细力层连通；
冷流体歧管层包括冷流体入口汇管、冷流体出口汇管、冷流体入口歧管和冷流体出口歧管，冷流体入口汇管与冷流体入口歧管连通，冷流体出口汇管与冷流体出口歧管连通，冷流体歧管层包括多个弯折的板状结构，所述板状结构一侧形成冷流体入口歧管，另一侧形成冷流体出口歧管；所述冷流体入口歧管和冷流体出口歧管不直接连通，冷流体入口歧管和冷流体出口歧管通过冷流体毛细力层连通。
2.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，冷流体入口汇管、冷流体出口汇管设计为锥形结构，沿着冷流体入口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越小，沿着冷流体出口汇管内流体的流动方向，流动通道面积越来越大。
3.如权利要求 1所述的换热器，其特征在于，弯折的板状结构是V形结构或者梯形结构。
4.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，毛细力层是微通道结构。
5.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，毛细力层毛吸力沿着垂直于板状结构方向布置。
6.如权利要求1所述的换热器，其特征在于，从冷流体入口汇管到冷流体出口汇管之间，毛细力层毛吸力先变大，然后再变小；从热流体入口汇管到热流体出口汇管之间，毛细力层毛吸力先变大，然后再变小。
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