CN115127376A - 一种温差控制的板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温差控制的板式换热器，第一部分分为中央部分和外围部分两部分，中央部分与外围部分可以独立控制加热，从而独立控制中部与外围部分的加热量；温度感知器分别设置在中央部分和外围部分，用于检测中央部分和外围部分的温度；温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算温差数据，根据温差控制中部和外围部分的加热量。通过上述的中部和外围部分温差的控制，相对于前面的单一温度的控制，更加精准的避免相应的部分过冷或者过热。

Description

一种温差控制的板式换热器

技术领域

本发明涉及一种换热器技术，尤其涉及一种平板式换热器。

背景技术

平板式换热器是目前各类换热器中换热效率最高的一种换热器，它具有占用空间小，安装拆卸方便的优点。其由冲压成形的凹凸不锈钢板组成，两相临板片之间的凹凸纹路成180 度相对组合，因此板式热交换器两板片之间的凹凸脊线形成了交错的接触点，将接触点以真空焊接方式结合后，就形成了板式热交换器的耐高压交错流通结构，这些交错的流通结构使得板式热交换器内的冷热流体产生强烈紊流而达到高换热效果。

扁平管近些年被广泛应用于汽车空调单元以及住宅或商业空调换热器。此种扁平管内部设置多个小的通道，在使用时，换热流体流过扁平管内的多个通道。因为扁平管换热面积大，因此能够大大提高换热效果。

平板式换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业，由于世界性的能源危机，为了降低能耗，工业生产中对换热器的需求量也越来越多，对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来，虽然紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展，但由于管壳式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性，其仍占据产量和用量的统治地位，据相关统计，目前工业装置中管壳式换热器的用量仍占全部换热器用量的70％左右。

在间接液体冷却方案中，采用水冷板换热器进行换热。水冷板是一个内有流道结构的金属换热器件，通常由铜或铝制成。将换热流体与水冷板基板底面直接接触，传热的热量传导至水冷板，然后水冷板与内部的冷媒进行对流换热将热量带走。整个液冷系统利用泵为工质的循环提供动力，相对于风冷系统，液冷系统结构更加紧凑。而且所使用的冷媒多为与冷板材料兼容的去离子水、指定百分比的乙二醇-去离子水、纳米流体等介质，它们具有比空气更高的比热容和导热系数，在散热效果上优于风冷。此外，相比于风冷系统，间接液冷系统噪音水平明显降低。

近年来，为满足换热需求，已展开对间接液冷系统的研究，涉及冷板结构、冷媒选取、管道布置等诸多方面，发现水冷板结构对液冷系统换热和功耗的影响尤为显著。水冷板一般可分为基板、流道、盖板三部分。盖板及软管接头并无统一的标准，不同厂商有不同的结构形式，基板和流道可按照设备和热设计功耗进行各种不同的配置，这也是影响水冷板散热性能的主要因素。

研究和工程应用都表明，平板式换热器和热管都各自有着优异的换热性能。除此以外，相变材料由于其吸热放热过程温度平稳，可以使得整个系统达到均温的效果，因而在换热领域得到广泛应用。

在先申请(CN202210362764X、CN2022103645722、CN2022103645737、CN2022103627635)为了避免加热量不同造成第二部分下壁面以及第一部分上壁面的温度差异，造成局部过热，对加热器的加热焦点位置进行了周期性的间歇式变化，从而避免局部过热。但是上述间歇式的变化仅仅依靠时间，导致不能很好的根据实际温度进行控制。对此本发明进行了改进，通过对温度或者温差进行精准控制，从而实现精准控制，精准加热，更好的避免局部过热。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或者相关技术存在的技术问题之一。本发明提出一种集成效果好，加工难度降低、换热效率高、无能源消耗的板式换热器。

本发明技术方案如下：一种温差控制的板式换热器，所述换热器包括第一部分和第二部分，第二部分位于第一部分上部，所述第一部分包括上板和下板，所述上板的下表面上设置向下延伸的支撑柱，下板的上表面上设置向上延伸的热源，所述热源是第一柱体，所述热源构成第一柱体阵列，所所述第二部分包括箱体和位于箱体上部的端盖，所述箱体包括从箱体底壁向上延伸的第二柱体；所述端盖上设置入口和出口；第一部分分为中央部分和外围部分两部分，中央部分与外围部分可以独立控制加热，从而独立控制中部与外围部分的加热量；温度感知器分别设置在中央部分和外围部分，用于检测中央部分和外围部分的温度；温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算温差数据，根据温差控制中部和外围部分的加热量。

作为优选，如果检测的温差数据超过上限值，则控制器控制中部和外围部分中温度高的加热量减少，中部和外围部分中温度低的加热量增加。

作为优选，如果中部是高温，则控制器控制中部加热量减少，外围部分加热量增加。

作为优选，如果中部是低温，则控制器控制中部加热量增加，外围部分的加热量减少。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明通过中部温度数据的检测控制加热量的变化，使得第二部分下壁面的温度差异不会太大，在提高换热效率的同时提高产品的使用寿命，相对与现有技术的间歇式改变加热量的方式，大大提高了现精准控制，实现精准加热，更好的避免局部过热。

2)本发明通过不同部分的温差变的变化检测，使得整体保持温度相对均衡，在提高换热效率的同时提高产品的使用寿命，相对与现有技术的间歇式改变加热量的方式，大大提高了现精准控制，实现精准加热，更好的避免局部过热。

附图说明

图1是本发明板式换热器的结构示意图；

图2为本发明的第二板下部加热分布优选结构示意图；

图3为本发明的第二板下部加热分布另一优选结构示意图。

具体实施方式

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补充说明。

本发明是在申请号CN202210362764X、CN2022103645722、CN2022103645737、CN2022103627635基础上的改进，因此申请号CN202210362764X、CN2022103645722、CN2022103645737、CN2022103627635所有内容，包括板式换热器结构的内容都包括在本申请中。图1展示了本发明的板式换热器结构示意图。如图1所示，一种板式换热器，所述换热器包括第一部分和第二部分，第二部分位于第一部分上部，所述第一部分包括上板和下板。所述上板的下表面上设置向下延伸的支撑柱，下板的上表面上设置向上延伸的热源，所述热源是第一柱体，所述热源构成第一柱体阵列，所述上板和下板形成封闭的第一部分，第一柱体与支撑柱连接；第一柱体阵列和支撑柱共同构成第一部分的回液部分，支撑柱之间的间隙大于第一柱体之间的间隙，在第一柱体之间产生毛细驱动力；所述第二部分包括箱体和位于箱体上部的端盖，所述箱体包括从箱体底壁向上延伸的第二柱体；所述端盖上设置入口和出口。

流体从第二部分进口和出口流入和流出。优选流体是药液，用于熏洗伤口的药液。

作为优选，上板内布置的支撑柱之间的间隙大于下板第一柱体之间的间隙，第一柱体的直径和第一柱体之间的间距以产生毛细驱动力。

支撑柱之间设置间隙，支撑柱下部对应的第一柱体的毛细力小于支撑柱间隙对应的第一柱体的毛细力。通过上述设置，可以使得流体在下板底部分布均匀，从而使得换热均衡。

作为优选，两个支撑柱之间的间隙下部对应的第一柱体的毛细力，从一个支撑柱到另一个支撑柱之间，毛细力先是逐渐变大，然后逐渐变小。通过上述设置，可以进一步使得通过毛细力抽吸到间隙中去，可以使得流体在下板底部分布均匀，从而使得换热均衡。

作为优选，毛细力先是逐渐变大的幅度越来越大，逐渐变小的幅度越来越大。上述设置可以进一步提高均匀程度。

作为优选，逐渐变大到逐渐变小的临界点是间隙的中部，即从一个支撑柱到间隙中部，毛细力先是逐渐变大，然后从间隙中部到另一个支撑柱毛细力逐渐变小。

作为优选，随着间隙距离的增加，间隙下部对应的第一柱体毛细力与支撑柱下部对应的毛细力之间的差距也越来越大。通过如此设置，能够使得更加换热均衡，避免换热不均。

作为优选，热源是电加热器。优选是第一柱体是电阻加热器。

作为一个优选的相对于在先申请的改进，所述下板的下壁面是向下弯曲的结构。

针对加热系统的具体组成以及结构与申请号CN202210362764X、CN2022103645722、 CN2022103645737、CN2022103627635相同，就不在进行详细描述。下面重点描述本申请的发明点。

在先申请为了避免加热量不同造成第二部分下壁面以及第一部分上壁面的温度差异，造成局部过热，对加热量针对不同位置进行了周期性的间歇式变化，从而避免局部过热。但是上述间歇式的变化仅仅依靠时间，导致不能很好的根据实际温度进行控制。对此本发明进行了改进，通过对温度或者温差进行精准控制，从而实现精准控制，精准加热，更好的避免局部过热。

本申请进行了改进方案如下：

如图2所示，第一部分分为中央部分1和外围部分2两部分，中央部分1与外围部分2可以独立控制加热，从而独立控制中央部分与外围部分的加热量。

作为改进点1，温度感知器设置在中央部分1，用于检测中央部分的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制中央部分和外围部分的加热量。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制中央部分的加热量减少，外围部分的加热量增加。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制中央部分的加热量增加，外围部分的加热量减少。

作为改进点2，温度感知器设置在外围部分2，用于检测在外围部分2的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制中央部分和外围部分的加热量。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制在外围部分2的加热量减少，中央部分的加热量增加。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制在外围部分2的加热量增加，中央部分的加热量减少。

通过上述的中央部分和外围部分温度的控制，避免温度过高过低，从而避免相应的部分过冷或者过热，造成温度不均衡，从而导致使用寿命缩短。

作为优选，可以通过温差的检测实现下部壁面的温度相对恒定。具体方案如下：

温度感知器分别设置在中央部分1和外围部分2，用于检测中央部分和外围部分的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算温差数据，根据温差控制中央部分和外围部分的加热量。

作为优选，如果检测的温差数据超过上限值，则控制器控制中央部分和外围部分中温度高的加热量减少，中央部分和外围部分中温度低的加热量增加。

如果中央部分是高温，则控制器控制中央部分加热量减少，外围部分加热量增加。

如果中央部分是低温，则控制器控制中央部分加热量增加，外围部分的加热量减少。

通过上述的中央部分和外围部分温差的控制，相对于前面的单一温度的控制，更加精准的避免相应的部分过冷或者过热。

作为一个改进，第一部分的中央部分与外围部分的加热量不同。通过加热量不同，可以实现内部流体的快速循环。例如加热量高的位置蒸汽上升，加热量低的位置液体下降，从而形成类似锅炉上升管和下降管，加大流体内部的循环速度。

作为优选，中央部分和外围部分的面积相同。

作为一个改进，温度感知器设置在中央部分1，用于检测中央部分的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制中央部分和外围部分的加热量交替的在H1和H2之间发生变化，其中H2＞H1。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制中央部分的加热量为H1，外围部分的加热量位H2。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制中央部分的加热量为H2，外围部分的加热量为H1。

作为改进点2，温度感知器设置在外围部分2，用于检测在外围部分2的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制中央部分和外围部分的加热量交替的在H1和H2之间发生变化，其中H2＞H1。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制在外围部分2的加热量为 H1，中央部分的加热量为H2。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制在外围部分2的加热量为 H2，中央部分的加热量为H1。

作为优选，H2是3倍H1。

此处的H2和H1不是一个固定数值，仅仅是为了表明H1和H2之间的数据大小以及数据倍数。

上述加热量的变化可以通过中央部分和外围部分的热源的功率来实现中央部分和外围部分加热量为3：1或者1：3。

通过上述根据温度实现不同位置的加热量变化，不仅可以使得下部壁面温度保持相对恒定，而且还能使得第一部分内部上升段和下降段交替变化，提高循环效率，在提高换热效率的同时提高产品的使用寿命。

作为优选，可以通过温差的检测实现下部壁面的温度相对恒定和快速的换热。具体方案如下：

作为一个改进，温度感知器分别设置在中央部分1和外围部分2，用于检测中央部分和外围部分的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算中央部分K1和外围部分K2的温差K1-K2的绝对值，控制器根据计算的温差控制中央部分和外围部分的加热量交替的在高加热量和低加热量之间发生变化。

如果中央部分的加热量是高加热量，外围部分的加热量是低加热量，如果检测的温差的绝对值数据超过上限值，则控制器控制中央部分和外围部分的加热量进行轮换，即中央部分加热量变为低加热量，外围部分的加热量为高加热量。

如果中央部分的加热量是低加热量，外围部分的加热量就是高加热量，如果检测的温差的绝对值数据超过上限值，则控制器控制中央部分和外围部分的加热量进行轮换，即中央部分加热量变为高加热量，外围部分的加热量为低加热量。

温差数据过高，表明中央部分和外围部分的温度不均衡程度很严重，因此需要及时进行调整。

作为优选，如果检测的温差数据绝对值低于下限值，则控制器控制中央部分和外围部分中加热量高的加热量增加，中央部分和外围部分中加热量低的的加热量降低。如果温差过低，表明内部以为温差形成的循环变慢，会导致换热效率降低，因此也需要及时调整，通过调整加热量大小变化推动循环加快。

通过上述的温差控制，相对于前面的温度控制，可以更精准地实现温度均衡和高换热效率。

作为优选，参照图3第一部分从左到右分为三部分，分别是左部3、中部4和右部5三部分，左部、中部和右部可以独立控制加热，从而独立控制左部、中部和右部的加热量。将左部和右部为甲组，中部为乙组。

作为优选，左部3、中部4和右部5面积相同。

作为改进点1，温度感知器设置在乙组，用于检测乙组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制乙组和甲组的加热量。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制乙组的加热量减少，甲组的加热量增加。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制乙组的加热量增加，甲组的加热量减少。

作为改进点2，温度感知器设置在甲组，用于检测在甲组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制乙组和甲组的加热量。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制在甲组的加热量减少，乙组的加热量增加。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制在甲组的加热量增加，乙组的加热量减少。

通过上述的乙组和甲组温度的控制，避免温度过高过低，从而避免相应的部分过冷或者过热，造成温度不均衡，从而导致使用寿命缩短。

作为优选，可以通过温差的检测实现下部壁面的温度相对恒定。具体方案如下：

温度感知器分别设置在乙组和甲组，用于检测乙组和甲组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算温差数据，根据温差控制乙组和甲组的加热量。

作为优选，如果检测的温差数据超过上限值，则控制器控制乙组和甲组中温度高的加热量减少，乙组和甲组中温度低的加热量增加。

如果乙组是高温，则控制器控制乙组加热量减少，甲组加热量增加。

如果乙组是低温，则控制器控制乙组加热量增加，甲组的加热量减少。

通过上述的乙组和甲组温差的控制，相对于前面的单一温度的控制，更加精准的避免相应的部分过冷或者过热。

作为一个改进，第一部分的乙组与甲组的加热量不同。通过加热量不同，可以实现内部流体的快速循环。例如加热量高的位置蒸汽上升，加热量低的位置液体下降，从而形成类似锅炉上升管和下降管，加大流体内部的循环速度。

作为一个改进，温度感知器设置在乙组，用于检测乙组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制乙组和甲组的加热量交替的在H1和H2之间发生变化，其中H2＞H1。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制乙组的加热量为H1，甲组的加热量位H2。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制乙组的加热量为H2，甲组的加热量为H1。

作为改进点2，温度感知器设置在甲组，用于检测在甲组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据控制乙组和甲组的加热量交替的在H1和H2 之间发生变化，其中H2＞H1。

作为优选，如果检测的温度数据超过上限值，则控制器控制在甲组的加热量为H1，乙组的加热量为H2。

作为优选，如果检测的温度数据低于下限值，则控制器控制在甲组的加热量为H2，乙组的加热量为H1。

作为优选，H2是6倍H1。

此处的H2和H1不是一个固定数值，仅仅是为了表明H1和H2之间的数据大小以及数据倍数。

通过上述根据温度实现不同位置的加热量变化，不仅可以使得下部壁面温度保持相对恒定，而且还能使得第一部分内部上升段和下降段交替变化，提高循环效率，在提高换热效率的同时提高产品的使用寿命。

作为优选，可以通过温差的检测实现下部壁面的温度相对恒定和快速的换热。具体方案如下：

作为一个改进，温度感知器分别设置在乙组和甲组，用于检测乙组和甲组的温度。温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算乙组K2和甲组K1的温差K2-K1的绝对值，控制器根据计算的温差控制乙组和甲组的加热量交替的在高加热量和低加热量之间发生变化。

作为优选，如果甲组的加热量是高加热量或低加热量，乙组的加热量就是低加热量或高加热量，如果检测的温差的绝对值数据超过上限值，则控制器控制甲组和乙组的加热量进行轮换，即甲组加热量变为低加热量或高加热量，乙组的加热量为高加热量或低加热量。温差绝对值数据过高，表明乙组和甲组的温度不均衡程度很严重，因此需要及时进行调整。

作为优选，如果检测的温差绝对值数据低于下限值，则控制器控制甲组和乙组中加热量高的加热量增加，甲组和乙组中加热量低的加热量降低。如果温差过低，表明内部以为温差形成的循环变慢，会导致换热效率降低，因此也需要及时调整，通过调整加热量大小变化推动循环加快。

通过上述的温差控制，相对于前面的温度控制，可以更精准地实现温度均衡和高换热效率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种温差控制的板式换热器，所述换热器包括第一部分和第二部分，第二部分位于第一部分上部，所述第一部分包括上板和下板，所述上板的下表面上设置向下延伸的支撑柱，下板的上表面上设置向上延伸的热源，所述热源是第一柱体，所述热源构成第一柱体阵列，所所述第二部分包括箱体和位于箱体上部的端盖，所述箱体包括从箱体底壁向上延伸的第二柱体；所述端盖上设置入口和出口；第一部分分为中央部分和外围部分两部分，中央部分与外围部分可以独立控制加热，从而独立控制中部与外围部分的加热量；温度感知器分别设置在中央部分和外围部分，用于检测中央部分和外围部分的温度；温度感知器将检测的温度数据传递给控制器，控制器根据温度数据计算温差数据，根据温差控制中部和外围部分的加热量。

2.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，如果检测的温差数据超过上限值，则控制器控制中部和外围部分中温度高的加热量减少，中部和外围部分中温度低的加热量增加。

3.如权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，如果中部是高温，则控制器控制中部加热量减少，外围部分加热量增加。

4.如权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，如果中部是低温，则控制器控制中部加热量增加，外围部分的加热量减少。

5.如权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述热源是电阻加热器。

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