CN115077267A - 换热构件和冷凝器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种换热构件和冷凝器。换热构件包括用于收容第一工质的第一通道，用于收容第二工质的第二通道。沿第一工质的流动方向，第一通道包括依次交替连通的第一渐缩段和第一渐扩段；沿第二工质的流动方向，第二通道包括依次交替连通的第二渐缩段和第二渐扩段；第二通道和第一通道分隔设置，且第一通道沿第二通道的延伸方向延伸，第二渐缩段用于提高第二工质的饱和温度，第二渐扩段用于降低第二工质的静压。本申请提供的换热构件能使第二工质处于不断被压缩和扩张交替的状态，提高了第二工质与第一工质之间的换热效率，并且能够提高换热构件的湍流程度。

Description

换热构件和冷凝器

技术领域

本申请涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种换热构件和冷凝器。

背景技术

冷凝器是一种能把气体或蒸汽转变为液体的工艺设备，广泛使用于核能、石油、化工等发生能量转换的工业领域中。特别是核电站的发电系统中，冷凝器对于冷却工质有重要作用。

目前工业应用的冷凝器类型主要包括壳管式冷凝器、套管式冷凝器等，它们不能同时满足体积紧凑、承温承压强度高、冷却效率高的要求。随着工业制造水平的提升，以高精度化学蚀刻和真空扩散焊为工艺核心制造的换热构件正受到关注，将其应用在冷凝器制造上，其紧凑程度高、换热比表面积大、焊接强度接近母材强度，具有明显优势。

因此，为了提高冷却能力，提供一种换热构件和冷凝器。

发明内容

本申请实施例提供的换热构件和冷凝器可以提高冷却效果。

本申请第一方面实施例提供了一种换热构件，包括：

第一通道，用于收容第一工质，沿第一工质的流动方向，第一通道包括依次交替连通的第一渐缩段和第一渐扩段；

第二通道，用于收容第二工质，沿所述第二工质的流动方向，所述第二通道包括依次交替连通的第二渐缩段和第二渐扩段；

其中，所述第二通道和所述第一通道分隔设置，且所述第一通道沿所述第二通道的延伸方向延伸，所述第二渐缩段用于提高所述第二工质的饱和温度，所述第二渐扩段用于降低所述第二工质的静压。

根据本申请第一方面的实施方式，沿垂直于第二通道的延伸方向，第二渐缩段和第一渐扩段相邻设置，第二渐扩段和第一渐缩段相邻设置。

根据本申请第一方面的实施方式，第二通道呈螺旋延伸。

根据本申请第一方面的实施方式，第一通道和/或第二通道的截面可以是矩形、圆形、椭圆形、等腰三角形或梯形中的任意一种。根据本申请第一方面的实施方式，换热构件包括底板，设置于底板上的第一侧壁和第二侧壁，第二侧壁呈螺旋延伸，相邻第二侧壁之间形成收容空间，第一侧壁沿第二侧壁的延伸方向延伸并与第二侧壁间隔设置，第一侧壁分隔收容空间为第二通道和第一通道。

根据本申请第一方面的实施方式，换热构件还包括设置于底板上的多个通孔，至少两个通孔与第二通道的两端连通，至少两个通孔与第一通道的两端连通。

本申请第二方面实施例提供了一种冷凝器，包括：本申请第一方面实施例提供的换热构件；盖板，盖板盖设于换热构件。

根据本申请第二方面的实施方式，冷凝器包括多个换热构件，盖板和多个换热构件依次层叠设置，相邻两个换热构件的第二通道在盖板上的投影至少部分重叠。

根据本申请第二方面的实施方式，冷凝器包括多个换热构件，盖板和多个换热构件依次层叠设置，相邻两个换热构件的第二通道在盖板上的投影不重叠。

根据本申请第二方面的实施方式，冷凝器还包括：第一导管，第一导管与第一通道连通；第二导管，第二导管与第二通道连通。

与现有技术相比，本申请实施例提供的换热构件包括用于收容第一工质的第一通道，用于收容第二工质的第二通道。沿第一工质的流动方向，第一通道包括依次交替连通的第一渐缩段和第一渐扩段；沿第二工质的流动方向，第二通道包括依次交替连通的第二渐缩段和第二渐扩段；第二通道和第一通道分隔设置，且第一通道沿第二通道的延伸方向延伸，第二渐缩段用于提高第二工质的饱和温度，第二渐扩段用于降低第二工质的静压。本申请提供的换热构件有利于第二工质处于不断被压缩和扩张交替的状态，提高了第二工质与第一工质之间的换热效率，从而提高了换热构件的换热能力，并且能够提高换热构件的湍流程度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种换热构件的平面结构示意图；

图2是本申请实施例提供的另一种换热构件的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种冷凝器的结构示意图。

附图标记说明：

100、换热构件；

1、第一通道；11、第一渐缩段；12、第一渐扩段；

2、第二通道；21、第二渐缩段；22、第二渐扩段；

3、底板；31、第一侧壁；32、第二侧壁；33、通孔；

200、冷凝器；

4、盖板；5、第一导管；6、第二导管。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本申请的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本申请造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。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。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合附图对具体的实施例进行详细的描述。

请一并参阅图1和图2，图1是本申请实施例提供的一种换热构件的结构示意图，图2是本申请实施例提供的另一种换热构件的结构示意图。

本申请第一方面提供了一种换热构件100，包括：第一通道1和第二通道2。第一通道1用于收容第一工质，第二通道2用于收容第二工质。沿第一工质的流动方向，第一通道1包括依次交替连通的第一渐缩段11和第一渐扩段12；沿第二工质的流动方向，第二通道2包括依次交替连通的第二渐缩段21和第二渐扩段22。其中，第二通道2和第一通道1分隔设置，且第一通道1沿第二通道2的延伸方向延伸，第二渐缩段21用于提高第二工质的饱和温度，第二渐扩段22用于降低第二工质的静压。

本申请实施例中的饱和温度（saturation temperature）是指第二工质处于液态和气态动态平衡的饱和状态下所具有的温度。饱和状态时，第二工质的液态和第二工质的气态的温度相等。饱和温度一定时，饱和压力也一定；反之，饱和压力一定时，饱和温度也一定。一个饱和温度对应一个饱和压力。当环境压力升高，第二工质会在新的温度下形成新的动态平衡状态。第二工质不同的饱和温度对应不同的饱和压力，饱和温度并非一个固定值，而会随外界条件变化而变化。

在本申请第一方面的实施例中，第一通道1用于收容第一工质，第二通道2用于收容第二工质。第一工质和第二工质相比，第一工质的温度可以比第二工质的温度高。第二通道2和第一通道1分隔设置，且第一通道1沿第二通道2的延伸方向延伸，从而使第一工质的热量传递给第二工质实现热交换，而且第一工质和第二工质分别在第一通道1和第二通道2内流动，因此第一工质和第二工质热交换过程中不会相互混合。

第二通道2包括依次交替连通的第二渐缩段21和第二渐扩段22，第二渐缩段21流通截面的面积比第二渐扩段22流通截面的面积小，当第二工质在第二渐缩段21内流动，在第二渐缩段21的最窄处，第二工质的流速因为流通的横截面面积减小而上升。相对的，当第二工质在第二渐扩段22内流动，在第二渐扩段22的最宽处，第二工质的流速因为流通的横截面面积增大而下降。

第二渐缩段21和第二渐扩段22依次交替连通，第二工质通入第二通道2后处于不断被压缩和扩张交替的状态，从而可以提高第二工质与第一工质之间的换热效率，提高换热构件100的换热能力，并且能够提高换热构件100的湍流程度。进一步的，依次交替连通第二渐缩段21和第二渐扩段22能够使第二工质有更大的湍动能，可以在一定程度上避免发生第二工质内的杂质堵塞第二通道2的情况。

进一步的，第二渐缩段21可以提高冷凝效果，在温度不变的情况下，第二渐缩段21能够提高第二工质的压力，提高了饱和温度，相当于降低了冷凝所需要的条件，使第二工质不需要在较低的温度才能够冷凝成为液体，因此有助于冷凝过程的发生。经过冷凝的第二工质经过第二渐扩段22时，第二渐扩段22能够降低第二工质的压力，以方便第二工质经过第二渐缩段21进行下一次压缩。

当第一工质在第一渐缩段11内流动，在第一渐缩段11的最窄处，第一工质的流速因为流通的横截面面积减小而上升。相对的，当第一工质在第一渐扩段12内流动，在第一渐扩段12的最宽处，第一工质的流速因为流通的横截面面积增大而下降。

第一渐缩段11和第一渐扩段12依次交替连通，第一工质通入第一通道1后处于不断被压缩和扩张交替的状态，有利于提高第二工质与第一工质之间的换热效率，提高换热构件100的换热能力。进一步的，依次交替连通第一渐缩段11和第一渐扩段12能够使第一工质有更大的湍动能，可以在一定程度上避免发生第一工质内的杂质堵塞第一通道1的情况。

同理，第一渐缩段11也可以提高冷凝效果。在温度不变的情况下，第一渐缩段11能够提高第一工质的压力，提高了饱和温度，相当于降低了冷凝所需要的条件，使第一工质不需要在较低的温度才能够冷凝成为液体，因此有助于冷凝过程的发生。经过冷凝的第一工质经过第一渐缩段11时，第一渐缩段11能够降低第二工质的压力，以方便第一工质经过第一渐缩段11进行下一次压缩。

在一些可选的实施例中，沿垂直于第二通道2的延伸方向，第二渐缩段21和第一渐扩段12相邻设置，第二渐扩段22和第一渐缩段11相邻设置。

在这些可选的实施例中，由于第二渐缩段21和第一渐扩段12相邻设置，第二渐扩段22和第一渐缩段11相邻设置。第二渐缩段21和第一渐扩段12、第二渐扩段22和第一渐缩段11的形状可以相互配合，提升换热构件100的空间利用率，减少空间浪费，进而保证换热构件100的紧凑性。

在一些可选的实施例中，第一通道1和/或第二通道2的截面可以是矩形、圆形、椭圆形、等腰三角形或梯形中的任意一种。当然，第一通道1和/或第二通道2的截面也可以为其他形状。

在一些可选的实施例中，第二通道2呈螺旋延伸。

在这些可选的实施例中，第二通道2呈螺旋延伸可以提高换热构件100的空间利用率，并且提高换热构件100的稳定性。可选的，第一通道1也可以是与第二通道2相配合设置的螺旋状。第一通道1和第二通道2可以同向呈螺旋延伸，可提高换热构件100的紧凑性。第一工质和第二工质的流动方向可以逆向流动，使得换热更为充分。

可选的，第一通道1和第二通道2也可以沿直线、“回”字形、S形等其他方式分布。

在一实施例中，沿第二工质的流动方向，第二渐缩段21和所述第二渐扩段22的螺旋半径逐渐增大。可选的，沿第一工质的流动方向，第一渐缩段11和第一渐扩段12的螺旋半径逐渐增大。如此，可以提高第二通道2与第一通道1的换热效率。

在一些可选的实施例中，换热构件100包括底板3，设置于底板3上的第一侧壁31和第二侧壁32，第二侧壁32呈螺旋延伸，相邻第二侧壁32之间形成收容空间，第一侧壁31沿第二侧壁32的延伸方向延伸并与第二侧壁32间隔设置，第一侧壁31分隔收容空间为第一通道1和第二通道2。

在这些可选的实施例中，换热构件100设置于底板3上的第一侧壁31和第二侧壁32可以对第一通道1和第二通道2起到限位和密封作用，还可以提高第一通道1和第二通道2内的第一工质和第二工质的独立流动性，并增加第一通道1和第二通道2的可靠性。相邻第二侧壁32之间形成收容空间，第一侧壁31分隔收容空间为第一通道1和第二通道2。一个第一侧壁31和两个第二侧壁32可以形成第一通道1和第二通道2，并分隔出第一工质和第二工质。如此，可以降低第一通道1和第二通道2的制造成本。

第一侧壁31和第二侧壁32可采用扩散焊接的方式进行连接。扩散焊接的方式无需其他焊接填料，并且能够确保焊缝强度。可根据实际换热过程的温度要求和压力要求，制造第一侧壁31和第二侧壁32的合适厚度。

可选的，换热构件100上第一侧壁31和第二侧壁32的成形技术不限于扩散焊接的方式，还可以采用化学蚀刻、激光雕刻、机械切削等方式。

本领域技术人员可以理解的是，当单个换热构件100独立工作时，换热构件100还可以包括与底板3相对设置的盖板，盖板盖设于第一侧壁31和第二侧壁32上，以使得底板3、盖板、第一侧壁31和第二侧壁32可以配合形成相互隔离的第一通道1和第二通道2。当多个换热构件100层叠设置时，一个换热构件100的底板3可以用于与另一换热构件100的底板3相对设置，一个换热构件100的底板3、另一换热构件100的底板3、第一侧壁31和第二侧壁32可以配合形成相互隔离的第一通道1和第二通道2。

在一些可选的实施例中，换热构件100还包括设置于底板3上的多个通孔33，至少两个通孔33与第二通道2的两端连通，至少两个通孔33与第一通道1的两端连通。

本领域技术人员可以理解的是，与第一通道1的两端连通的通孔33分别用于通入和流出第一工质，与第二通道2的两端连通的通孔33分别用于通入和流出第二工质。

请结合参阅图3，图3是本申请实施例提供的一种冷凝器的结构示意图。

本申请第二方面实施例提供了一种冷凝器200，包括：本申请第一方面实施例提供的换热构件100；盖板4，盖板4盖设于换热构件100。

换热构件100和盖板4可由真空扩散焊加工工艺一体成型设置。该工艺方法可以借助温度、压力、时间及真空等条件，促使固态金属接合面达到原子间距离，进行原子互相扩散而实现焊接的固相结合，从而使得冷凝器200的结构更稳固。

在一些可选的实施例中，冷凝器200包括多个换热构件100，盖板4和多个换热构件100依次层叠设置，相邻两个换热构件100的第二通道2在盖板4上的投影至少部分重叠。

冷凝器200包括多个换热构件100，多个换热构件100可增加第一工质和第二工质流动路径，因此，多个换热构件100可提高冷凝器200的换热效率。可选的，多个换热构件100的第二通道2在盖板4上的投影可以完全重叠，如此，可使多个换热构件100的第二通道2相互对准并进行组合，可以提高冷凝器200组装的便利性。

换热构件100在冷凝器200内可以作为储液器。换热构件100构成的储液器能够在一定程度上避免冷凝器200收到外界的冲击，当对冷凝器200进行修理时可以储存制冷剂，减小浪费及污染。因此，冷凝器200无需另外设置单独的储液器，降低了成本，节省了空间，冷凝器200的结构更加紧凑，外观更加整洁。

在一些可选的实施例中，冷凝器200包括多个换热构件100，盖板4和多个换热构件100依次层叠设置，相邻两个换热构件100的第二通道2在盖板4上的投影不重叠。

在一些可选的实施例中，冷凝器200还包括：第一导管5，第一导管5与第一通道1连通；第二导管6，第二导管6与第二通道2连通。

可选的，第一导管5与第一通道1连通，第一导管5可以与第一通道1的通孔33连通，第一导管5用于将第一工质引入第一通道1和/或将第一工质引出第一通道1。同样的，第二导管6可以与第二通道2的通孔33连通，第二导管6用于将第二工质引入第二通道2和/或将第二工质引出第二通道2。

在一实施例中，第一导管5和第二导管6可同时设置在盖板4上，或者同时设置在与盖板4相对的一侧，或者第一导管5和第二导管6分设在盖板4和盖板4相对的一侧。对此，本申请不进行限定。可根据第一工质和第二工质的流动方向选择合适的安装方式。

可选的，盖板4、换热构件100、第一导管5和第二导管6的材料包括各类不锈钢、锆合金、复合材料等可以满足一定温度和压力需求的材料。

可以理解的是，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

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。

虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种换热构件，其特征在于，包括：

第一通道，用于收容第一工质，沿所述第一工质的流动方向，所述第一通道包括依次交替连通的第一渐缩段和第一渐扩段；

第二通道，用于收容第二工质，沿所述第二工质的流动方向，所述第二通道包括依次交替连通的第二渐缩段和第二渐扩段；

其中，所述第二通道和所述第一通道分隔设置，且所述第一通道沿所述第二通道的延伸方向延伸，所述第二渐缩段用于提高所述第二工质的饱和温度，所述第二渐扩段用于降低所述第二工质的静压。

2.根据权利要求1所述的换热构件，其特征在于，沿垂直于所述第二通道的延伸方向，所述第二渐缩段和所述第一渐扩段相邻设置，所述第二渐扩段和所述第一渐缩段相邻设置。

3.根据权利要求1所述的换热构件，其特征在于，所述第二通道呈螺旋延伸。

4.根据权利要求1所述的换热构件，其特征在于，所述第一通道和/或所述第二通道的截面可以是矩形、圆形、椭圆形、等腰三角形或梯形中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的换热构件，其特征在于，所述换热构件包括底板，设置于所述底板上的第一侧壁和第二侧壁，所述第二侧壁呈螺旋延伸，相邻所述第二侧壁之间形成收容空间，所述第一侧壁沿所述第二侧壁的延伸方向延伸并与所述第二侧壁间隔设置，所述第一侧壁分隔所述收容空间为所述第二通道和所述第一通道。

6.根据权利要求5所述的换热构件，其特征在于，所述换热构件还包括设置于所述底板上的多个通孔，至少两个所述通孔与所述第二通道的两端连通，至少两个所述通孔与所述第一通道的两端连通。

7.一种冷凝器，其特征在于，包括：

如权利要求1-6任一项所述的换热构件；

盖板，所述盖板盖设于所述换热构件。

8.根据权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括多个所述换热构件，所述盖板和多个所述换热构件依次层叠设置，相邻两个所述换热构件的所述第二通道在所述盖板上的投影至少部分重叠。

9.根据权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器包括多个所述换热构件，所述盖板和多个所述换热构件依次层叠设置，相邻两个所述换热构件的所述第二通道在所述盖板上的投影不重叠。

10.根据权利要求7所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器还包括：

第一导管，所述第一导管与所述第一通道连通；

第二导管，所述第二导管与所述第二通道连通。

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