CN114322596A - 微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热设备技术领域，具体公开一种微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器，所述微通道热交换板的一侧设有：冷凝进口槽；若干上游冷凝通道，各所述上游冷凝通道的一端与所述冷凝进口槽的上部连通；气液分离槽，各所述上游冷凝通道的另一端与所述气液分离槽一侧的上部连通；若干下游冷凝通道，各所述下游冷凝通道的一端与所述气液分离槽另一侧的上部连通；冷凝出口槽，各所述下游冷凝通道的另一端与所述冷凝出口槽的上部连通。本发明提供的微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器，换热效率较高且负荷拓展性较好。

Description

微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器。

背景技术

微通道相变换热技术具有诸多优势，如：极高的传热系数与较小的工质充注量，便于实现轻巧紧凑的换热器结构设计等，可达到高效节材的目的。

目前采用微通道结构的冷凝器主要应用在汽车空调、家用空调以及微型冷水机等热负荷较小的换热设备与系统中，且由于微通道的长径比很大，故蒸汽在微通道内冷凝过程中，沿其流动方向上冷凝液会逐渐聚集，若无法及时排出，微通道很大一部分的表面积会因为积液而起不到冷凝换热的作用，严重影响了微通道冷凝器的换热效果，导致换热效率较低。

另外，在热负荷较大的换热设备与系统中，传统水冷冷凝器存在换热效率低、体积庞大、材料消耗多且制造工艺复杂等问题，微通道水冷冷凝器作为一种极具前景的换热器结构改进与替代方式，很有可能能改善或解决此类问题。但目前的微通道水冷冷凝器结构形式较为单一，其负荷扩展性差，沿程冷凝液聚集无法分离直接影响换热效果，且水侧不易清洗，不利于进一步的推广与应用。

鉴于此，亟待开发一种换热效率高且负荷扩展性较好的微通道水冷冷凝器。

本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在当前已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器，换热效率较高且负荷拓展性较好。

为达以上目的，一方面，本发明提供一种微通道热交换板，所述微通道热交换板的一侧设有：

冷凝进口槽；

若干上游冷凝通道，各所述上游冷凝通道的一端与所述冷凝进口槽的上部连通；

气液分离槽，各所述上游冷凝通道的另一端与所述气液分离槽一侧的上部连通；

若干下游冷凝通道，各所述下游冷凝通道的一端与所述气液分离槽另一侧的上部连通；

冷凝出口槽，各所述下游冷凝通道的另一端与所述冷凝出口槽的上部连通。

可选的，所述冷凝进口槽朝远离所述冷凝进口槽的槽口的方向逐渐变窄。

可选的，所述上游冷凝通道的宽度尺寸小于所述下游冷凝通道的宽度尺寸。

可选的，所述气液分离槽朝靠近所述冷凝出口槽的槽口的方向逐渐变深。

可选的，所述气液分离槽较深的一端与所述冷凝出口槽通过嵌件槽连通；

所述嵌件槽内设有导液嵌件，所述导液嵌件的底部设有连通所述气液分离槽与所述冷凝出口槽的导液槽。

可选的，所述冷凝出口槽朝远离所述冷凝出口槽的槽口的方向逐渐变窄。

可选的，所述微通道热交换板的另一侧设有冷水进口槽、冷水出口槽以及连通所述冷水进口槽和冷水出口槽的若干冷水通道。

可选的，所述冷水进口槽朝远离所述冷水进口槽的槽口的方向逐渐变窄，

所述冷水出口槽朝远离所述冷水出口槽的槽口的方向逐渐变窄。

可选的，所述冷凝进口槽与所述冷水进口槽相对设置，且所述冷凝出口槽与所述冷水出口槽相对设置；

或者，

所述冷凝进口槽与所述冷水出口槽相对设置，且所述冷凝出口槽与所述冷水进口槽相对设置。

另一方面，提供一种自主分液的模块化板式微通道冷凝器，包括：

若干盖板；

若干任一所述的微通道热交换板，相邻两所述盖板之间设置一所述微通道热交换板；

冷凝进管，所述冷凝进管与各所述微通道热交换板的冷凝进口槽连通；

冷凝出管，所述冷凝出管与各所述微通道热交换板的冷凝出口槽连通；

冷水进管，所述冷水进管与各所述微通道热交换板的冷水进口槽连通；

冷水出管，所述冷水出管与各所述微通道热交换板的冷水出口槽连通。

本发明的有益效果在于：提供一种微通道热交换板及自主分液的模块化板式微通道冷凝器，一方面，进入冷凝进口槽后的冷凝蒸汽，流经上游冷凝通道后，释放热量并形成冷凝液，冷凝液会被收集于气液分离槽内，不会随着冷凝蒸汽继续进入下游冷凝通道，进而有效保障冷凝蒸汽在下游冷凝通道内与冷水流的充分换热，有利于降低换热热阻、提高换热效率；

另一方面，微通道热交换板可组装成自主分液的模块化板式微通道冷凝器，通过调节微通道热交换板的数量，就可以改变自主分液的模块化板式微通道冷凝器的换热负荷，负荷拓展性较好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为实施例提供的微通道热交换板的结构示意图；

图2为实施例提供的冷凝侧微通道结构的示意图；

图3为实施例提供的冷水侧微通道结构的示意图。

图中：

1、盖板；

2、微通道热交换板；

201、冷凝进口槽；202、上游冷凝通道；203、气液分离槽；204、下游冷凝通道；205、冷凝出口槽；

206、冷水进口槽；207、冷水通道；208、冷水出口槽；

3、冷凝进管；

4、冷凝出管；

5、冷水进管；

6、冷水出管。

7、导液嵌件；701、导液槽。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。当一个组件被认为是“设置在”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中设置的组件。

此外，术语“长”“短”“内”“外”等指示方位或位置关系为基于附图所展示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有此特定的方位、以特定的方位构造进行操作，以此不能理解为本发明的限制。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明提供一种微通道热交换板，以及提供一种具有所述微通道热交换板的自主分液的模块化板式微通道冷凝器，优选用于进行水冷冷凝的换热场景，也可用于进行风冷冷凝换热。需要注意的是，本发明所述自主分液的模块化板式微通道冷凝器为卧式结构。

接下来结合附图对本发明的所述自主分液的模块化板式微通道冷凝器的多种实施方式进行介绍。

参见图1，自主分液的模块化板式微通道冷凝器，包括若干盖板1、若干微通道热交换板2、冷凝进管3、冷凝出管4、冷水进管5和冷水出管6。

其中，相邻两所述盖板1之间设置一所述微通道热交换板2；所述微通道热交换板2的一侧设有供冷凝蒸汽流过的冷凝侧微通道结构，另一侧设有供冷水流流过的冷水侧微通道结构。

所述冷凝进管3与各所述冷凝侧微通道结构的冷凝进口槽201连通；所述冷凝出管4与各所述冷凝侧微通道结构的冷凝出口槽205连通。

所述冷水进管5与各所述冷水侧微通道结构的冷水进口槽206连通；所述冷水出管6与各所述冷水侧微通道结构的冷水出口槽208连通。

进一步地，可以在各盖板1的边沿位置穿设长螺栓或者加设夹套等，在盖板1与微通道热交换板2设有冷水侧微通道结构的一侧之间设置密封圈，在盖板1与微通道热交换板2设有冷凝侧微通道结构的一侧之间进行钎焊或扩散焊等，避免冷凝侧高压泄露。拧紧长螺栓后，各盖板1可以压紧各微通道热交换板2，避免冷水侧泄露。松开长螺栓就可对冷水侧进行拆卸，方便清洗、更换和维护。

具体地，自主分液的模块化板式微通道冷凝器的工作原理如下：

①冷凝蒸汽经冷凝进口槽201的槽口进入冷凝侧微通道结构，全部冷凝为冷凝液，然后经冷凝出口槽205流出；

②冷水流经冷水进口槽206的槽口进入冷水侧微通道结构，并经冷水出口槽208流出；

③位于冷凝侧微通道结构内的冷凝蒸汽(一般处于过热状态)，温度高于位于冷水侧微通道结构内的冷水流，故冷凝蒸汽会与冷水侧进行热量交换，过热的冷凝蒸汽会首先冷却降温，降至饱和温度后，冷凝蒸汽沿程流动冷凝，形成冷凝液，由此完成对冷凝蒸汽的冷凝操作；相应地，冷水流在冷水侧微通道结构内会吸收热量，温度升高。

可以理解的是，本实施例中，改变盖板1和微通道热交换板2的数量，就可以改变自主分液的模块化板式微通道冷凝器的额定热负荷，可拓展性较佳，灵活性机较好。例如，当需要处理的热负荷量较大时，可以适当增加盖板1和微通道热交换板2的数量，进而增大额定热负荷，使得额定热负荷与需要处理的热负荷量匹配；当需要处理的热负荷量较小时，可以适当减少盖板1和微通道热交换板2的数量，进而减小额定热负荷，使得额定热负荷与需要处理的热负荷量匹配。

本实施例中，参见图2，冷凝侧微通道结构沿冷凝蒸汽的流动方向依次包括冷凝进口槽201、若干上游冷凝通道202、气液分离槽203、若干下游冷凝通道204和冷凝出口槽205。其中，各所述上游冷凝通道202的一端与所述冷凝进口槽201的上部连通；各所述上游冷凝通道202的另一端与所述气液分离槽203一侧的上部连通；各所述下游冷凝通道204的一端与所述气液分离槽203另一侧的上部连通；各所述下游冷凝通道204的另一端与所述冷凝出口槽205的上部连通。

可以理解的是，进入冷凝进口槽201后的冷凝蒸汽，流经上游冷凝通道202后，冷凝蒸汽释放热量并部分蒸汽形成冷凝液，在重力与密度差的作用下，冷凝液会被收集于气液分离槽203内，冷凝蒸汽在上侧直接进入下游冷凝通道204。

气液分离槽203可以直接将冷凝液引导至冷凝出口槽205，使得冷凝液不再进入下游冷凝通道204参与换热，进而提高换热效率。气液分离槽203起到气液分离的效果，导出上游冷凝通道202的冷凝液，进而提升下游冷凝通道204的蒸汽入口干度，极大降低了下游通道的冷凝热阻。

本实施例中，所述冷凝进口槽201朝远离所述冷凝进口槽201的槽口的方向逐渐变窄。经实验表明，这样的结构方式，更有利于提升冷凝蒸汽进入上游冷凝通道202的流量分配均匀性。相应地，所述冷凝出口槽205朝远离所述冷凝出口槽205的槽口的方向逐渐变窄。这样的结构方式，一方面用以提升冷凝蒸汽在下游冷凝通道204的流量分配均匀性，另一方面用以促进冷凝出口槽205内的冷凝液向冷凝出口槽205的槽口位置流动，保障冷凝液的及时排出。

相邻两上游冷凝通道202之间均设有上游间隔凸台，相邻两下游冷凝通道204之间均设有下游间隔凸台，上游间隔凸台和下游间隔凸台均能为冷凝蒸汽换热提供换热面积。本实施例中，所述上游冷凝通道202的宽度尺寸小于所述下游冷凝通道204的宽度尺寸，即，上游间隔凸台的数量多于下游间隔凸台，上游处的冷凝蒸汽显然具备更多的热量，这样就可以使得冷凝蒸汽在上游处进行更大面积的热交换，进一步提升换热效率。同时，还可以降低冷凝蒸汽在冷凝侧的整体压降和节约加工成本。

可选的，所述气液分离槽203朝靠近所述冷凝出口槽205的槽口的方向逐渐变深。进一步地，所述气液分离槽203较深的一端与所述冷凝出口槽205通过嵌件槽连通；所述嵌件槽内设有导液嵌件7，所述导液嵌件7的底部设有连通所述气液分离槽203与所述冷凝出口槽205的导液槽701。可选的，所述导液嵌件7通过钎焊或者扩散焊等方式固定于嵌件槽中。气液分离槽203内的冷凝液会在在重力作用下自动往较深的一端流动，提升了冷凝蒸汽在冷凝侧微通道结构内的分液效果，然后依次经过导液槽701和冷凝出口槽205流出，既能实现冷凝积液的外排，又不会在下游冷凝通道204内附着水膜，极大地提高了换热效率。同时，冷凝液还可以对导液槽701起液封作用，避免冷凝蒸汽经导液槽701进入冷凝出口槽205中。

进一步地，所述的冷凝出口槽205宽度尺寸整体上小于冷凝进口槽201的宽度尺寸，用以与冷凝蒸汽经流动冷凝换热形成冷凝液的体积减小过程相适应，削弱流动冷凝过程中的流动不稳定性。

本实施例中，参见图3，冷水侧微通道结构沿冷水流的流动方向依次包括冷水进口槽206、若干冷水通道207和冷水出口槽208。进一步地，所述冷水进口槽206朝远离所述冷水进口槽206的槽口的方向逐渐变窄，所述冷水出口槽208朝远离所述冷水出口槽208的槽口的方向逐渐变窄。

本实施例中，所述冷凝进口槽201与所述冷水出口槽208相对设置，且所述冷凝出口槽205与所述冷水进口槽206相对设置，此时，冷凝蒸汽和冷水流为反相流动，二者进行逆流换热。

于一些其它的实施例中，也可以是所述冷凝进口槽201与所述冷水进口槽206相对设置，且所述冷凝出口槽205与所述冷水出口槽208相对设置，此时，冷凝蒸汽和冷水流为同向流动，二者进行并流换热。

本实施例提供的微通道热交换板2及自主分液的模块化板式微通道冷凝器，具备以下优点：

①通过微通道热交换板2的气液分离槽203实现冷凝蒸汽在冷凝过程中的自主气液分离效果，并通过导液槽701保障所分离出来的冷凝液得到及时排出，且冷凝液能对导液槽701起液封效果，极大地改善冷凝侧微通道结构沿程冷凝液聚集现象对其冷凝换热的负面影响，进而提升具有自主分液功能的单模块板式微通道水冷冷凝器的换热效果；

②将两个盖板1夹紧一个微通道热交换板2作为一个模块，利用多个单模块的层叠式并行工作方法来实现换热负荷的灵活扩展，提高自主分液的模块化板式微通道冷凝器对各类应用情况下换热负荷需求的适用性；

③采用可拆卸性密封方法对自主分液的模块化板式微通道冷凝器及各进出管进行紧固或连接，满足冷水侧的可清洗性，便于每层单模块板式微通道水冷冷凝器的维护与替换工作。

综上，本发明的自主分液的模块化板式微通道冷凝器是一种换热效率高、负荷适应性灵活且结构新颖轻巧的微通道水冷冷凝器，其使用与运行性能可靠，维护与清洗方式简易，投入与制造成本较低，便于产业化推广与应用。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微通道热交换板(2)，其特征在于，所述微通道热交换板(2)的一侧设有：

冷凝进口槽(201)；

若干上游冷凝通道(202)，各所述上游冷凝通道(202)的一端与所述冷凝进口槽(201)的上部连通；

气液分离槽(203)，各所述上游冷凝通道(202)的另一端与所述气液分离槽(203)一侧的上部连通；

若干下游冷凝通道(204)，各所述下游冷凝通道(204)的一端与所述气液分离槽(203)另一侧的上部连通；

冷凝出口槽(205)，各所述下游冷凝通道(204)的另一端与所述冷凝出口槽(205)的上部连通。

2.根据权利要求1所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述冷凝进口槽(201)朝远离所述冷凝进口槽(201)的槽口的方向逐渐变窄。

3.根据权利要求1所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述上游冷凝通道(202)的宽度尺寸小于所述下游冷凝通道(204)的宽度尺寸。

4.根据权利要求1所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述气液分离槽(203)朝靠近所述冷凝出口槽(205)的槽口的方向逐渐变深。

5.根据权利要求4所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述气液分离槽(203)较深的一端与所述冷凝出口槽(205)通过嵌件槽连通；

所述嵌件槽内设有导液嵌件(7)，所述导液嵌件(7)的底部设有连通所述气液分离槽(203)与所述冷凝出口槽(205)的导液槽(701)。

6.根据权利要求1所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述冷凝出口槽(205)朝远离所述冷凝出口槽(205)的槽口的方向逐渐变窄。

7.根据权利要求1所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述微通道热交换板(2)的另一侧设有冷水进口槽(206)、冷水出口槽(208)以及连通所述冷水进口槽(206)和冷水出口槽(208)的若干冷水通道(207)。

8.根据权利要求7所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述冷水进口槽(206)朝远离所述冷水进口槽(206)的槽口的方向逐渐变窄，

所述冷水出口槽(208)朝远离所述冷水出口槽(208)的槽口的方向逐渐变窄。

9.根据权利要求7所述的微通道热交换板(2)，其特征在于，所述冷凝进口槽(201)与所述冷水进口槽(206)相对设置，且所述冷凝出口槽(205)与所述冷水出口槽(208)相对设置；

或者，

所述冷凝进口槽(201)与所述冷水出口槽(208)相对设置，且所述冷凝出口槽(205)与所述冷水进口槽(206)相对设置。

10.一种自主分液的模块化板式微通道冷凝器，其特征在于，包括：

若干盖板(1)；

若干权利要求1～9任一项所述的微通道热交换板(2)，相邻两所述盖板(1)之间设置一所述微通道热交换板(2)；

冷凝进管(3)，所述冷凝进管(3)与各所述微通道热交换板(2)的冷凝进口槽(201)连通；

冷凝出管(4)，所述冷凝出管(4)与各所述微通道热交换板(2)的冷凝出口槽(205)连通；

冷水进管(5)，所述冷水进管(5)与各所述微通道热交换板(2)的冷水进口槽(206)连通；

冷水出管(6)，所述冷水出管(6)与各所述微通道热交换板(2)的冷水出口槽(208)连通。

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