CN115507681A - 一种板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热设备领域，尤其涉及一种板式换热器。一种板式换热器，包括重叠设置在前夹板和后夹板之间的多块板式换热片；本方案在制冷剂输入通道内部沿通道方向设置有分配板，分配板将制冷剂输入通道分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室通过分配板上的通孔相连通。进一步，板式换热片中的制冷剂进口与制冷剂出口，载冷剂进口和载冷剂出口分别相对布置于板体上的对角上；并在板体中部构建有换热纹理，此方案中的换热纹理除了多条横向凸筋之外，还在相邻两条横向凸筋之间构建有多条竖向凸筋。采用上述结构，该板式换热器内部流体分配均匀，换热效率更高。

Description

一种板式换热器

技术领域

本发明涉及换热设备领域，尤其涉及一种板式换热器。

背景技术

近年来,板式换热器广泛应用于制冷行业、空调行业、热泵系统行业、热处理行业、石油化工行业、能源行业、余热回收行业等行业。板式换热器的结构和工作原理是使用具有波纹图案并堆叠在一起的金属片。金属片之间形成多条流体通道,使得两种流体(如液体到液体或液体到蒸汽)之间可以根据金属片的传热特性进行热量交换,达到加热或冷却的目的。该板式换热器具有结构紧凑、传热效率高、体积小、易于维护检查等优点。

现有板式换热器可参考公告号为“CN2821502Y”的中国实用新型专利文本所记载的一种板式换热器，包括前外挡板、后外挡板，以及设置在前外挡板和后外挡板之间的多片波纹板片；前外挡板、后外挡板及其内部的多片波纹板片之间交替形成的制冷剂换热腔和载冷剂换热腔，制冷剂和载冷剂在波纹板片两侧实现热交换。在实际应用中,板式换热器的流体通常是两相混合流体,如液体和蒸汽的混合流体,而不是单相流体,而当两相流体(如制冷剂)流入板式换热器的入口通道,液体(如制冷剂液体)的惯性力和重力大于蒸汽(如制冷剂气体),液体的动量远大于蒸汽的动量。因此，导致大部分液体向前流向入口通道的板式换热器后端远离入口收集通道,大部分蒸汽则在换热器前端的集流口附近的入口通道向上流动,导致流入流体通道的液体和蒸汽分布不均,影响板式换热器的传热性能。

因此,为了解决板式换热器流道入口处流体分布不均的问题,传统的板式换热器通常在其流道入口处设置分配器,用于减少流体入口的面积,以限制流体流入流道,或增加流体在流道中的流速,从而实现流体在流道中的均匀分布。但入口分配器可能会影响流体流入板式换热器时流体产生的压降,对流体在各个流道之间的分布是否均匀也有绝对的影响。当板式换热器板片较多时,压降集中在流道入口处,为此,流道入口处的压降也是决定换热器整体传热性能好坏的重要因素。传统分配器减小了流体入口面积,有效提高了流道内流体的流量,但流动压降也增大,影响流体的流动性,造成不必要的压力损失和流体不均匀。并进一步影响板式换热器的传热性能。

进一步地，参考公告号为“CN2826350Y”和“CN201199138Y”的中国在先专利申请文本所记载的板式换热片。在制冷剂进口与制冷剂出口，以及载冷剂进口和载冷剂出口之间的流道区域内构建的换热纹理仅包括横向筋条，如公告号为“CN201199138Y”的方案中所采用的W形，或者是公告号为“CN2826350Y”的方案中所采用的V形。此类板式换热器还需要进一步改良，以提升换热效率、减少流体阻力。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种板式换热器，该板式换热器内部流体分配均匀，换热效率更高。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种板式换热器，包括重叠设置在前夹板和后夹板之间的多块板式换热片；前夹板、多块板式换热片和后夹板之间交替形成有制冷剂换热腔和载冷剂换热腔，前夹板以及多块板式换热片上的制冷剂进口和制冷剂出口对应连接构成与制冷剂换热腔相通的制冷剂输入通道和制冷剂输出通道；前夹板以及多块板式换热片上的载冷剂进口和载冷剂出口对应连接构成与载冷剂换热腔相通的载冷剂输入通道和载冷剂输出通道；其特征在于：

所述制冷剂输入通道内部沿通道方向设置有分配板，分配板沿其板体长度方向布置有通孔；所述分配板的外端部延伸至制冷剂输入通道的进口端上，分配板的内端部延伸至与后夹板相抵；所述分配板将制冷剂输入通道分为第一腔室和第二腔室，制冷剂仅从第一腔室的外端通入，多个制冷剂换热腔的分配孔均处于第二腔室内；

所述板式换热片包括板体，制冷剂进口与制冷剂出口，以及载冷剂进口和载冷剂出口分别相对布置于板体上的对角上；所述板体中部在制冷剂进口与制冷剂出口，以及载冷剂进口和载冷剂出口之间的流道区域内构建形成有换热纹理，所述换热纹理包括在板体纵向方向上间隔布置的多条横向凸筋，以及间隔布置于相邻两条横向凸筋之间的多条竖向凸筋；所述横向凸筋两端部沿板体横向方向延伸至流道区域边缘。

本发明采用上述技术方案，该技术方案涉及一种板式换热器，该板式换热器中的前夹板以及多块板式换热片上相连通分别构成制冷剂输入通道、制冷剂输出通道、载冷剂输入通道和载冷剂输出通道。该板式换热器使用时，制冷剂从制冷剂输入通道流入分配到各个制冷剂换热腔内，然后汇流到制冷剂输出通道；载冷剂从载冷剂输入通道流入分配到各个载冷剂换热腔内，然后汇流到载冷剂输出通道。载冷剂和制冷剂在板式换热片两侧进行热交换。在此基础上，该板式换热器具有以下技术效果：

1，因制冷剂输入通道内部流入的制冷剂是气液混合物，存在背景技术中记载的分配不均匀的问题。故本方案在制冷剂输入通道内部沿通道方向设置有分配板，分配板将制冷剂输入通道分为第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室通过分配板上的通孔相连通。使用时，制冷剂【气液混合物】从第一腔室外端通入，经过分配板上的通孔进行一次分配到第二腔室内，以保证制冷剂气液混合均匀，然后在通过制冷剂换热腔的分配孔送入第二腔室内部。经过上述两次分配能够大幅提高中、低流速下气液混合制冷剂的分配均匀度，从而提高板换性能。

2，该板式换热片中的制冷剂进口与制冷剂出口，载冷剂进口和载冷剂出口分别相对布置于板体上的对角上；并在板体中部构建有换热纹理，此方案中的换热纹理除了多条横向凸筋之外，还在相邻两条横向凸筋之间构建有多条竖向凸筋。在制冷剂或载冷剂流经该流道区域时，横向凸筋和竖向凸筋增大了流道长度和换热面积；并且，竖向凸筋在相邻两条横向凸筋之间进行导流，此结构下能够起到两次分配、减少流体阻力的作用。

作为优选，所述横向凸筋和竖向凸筋的高度相等。

作为优选，所述竖向凸筋的两端部与其相连的两条横向凸筋相垂直，竖向凸筋与横向凸筋以正交或接近正交的方式相连，增大板片强度。

作为优选，所述横向凸筋沿板体横向方向被构建为V型或W型；和/或所述竖向凸筋沿板体竖向方向被构建为波浪形或锯齿形。

作为优选，所述横向凸筋顶面沿其横向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽，和/或竖向凸筋顶面沿其竖向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽。此方案中，在横向凸筋顶面或是竖向凸筋顶面或者两者顶面上设置与其延伸方向适配的筋槽，一方面大大增加换热面积、提升换热效率；另一方面，横向凸筋上布置筋槽可供流体【制冷剂或载冷剂】顺利经过，从而减少流体流动的阻力，并且流体经过横向凸筋上的筋槽流过后可分配到多条竖向凸筋之间，起到分配作用。竖向凸筋顶面上布置筋槽可供多条竖向凸筋之间的通道相互连通，形成网状交叉紊流，打断流体温度分层，提升换热效率。

作为优选，所述制冷剂进口与载冷剂出口之间，以及制冷剂出口与载冷剂进口之间均设置有导流区，两个导流区分别处于换热纹理的上下两侧；所述导流区内设置有多条导流凸筋，导流凸筋与横向凸筋中部区域的形状一致，且两端部朝向两侧的制冷剂进口与载冷剂出口，或制冷剂出口与载冷剂进口。此方案中，流体【制冷剂或载冷剂】经过制冷剂进口或载冷剂进口流入后，经过导流凸筋引导流入流道区域进行换热，然后在经过导流凸筋引导到制冷剂出口和载冷剂出口之间留出。

作为优选，所述分配板倾斜布置于制冷剂输入通道内部，第一腔室的口径从外端至内端逐渐变小，第二腔室的口径从外端至内端逐渐变大；且最外侧制冷剂换热腔的分配孔进口与分配板之间留有间隙。此方案中，采用倾斜设置的分配板，使第一腔室和第二腔室均被构建为变径腔室，从而有利于制冷剂【气液混合物】在第一腔室内部分布均匀。最外侧制冷剂换热腔的分配孔进口与分配板之间留有间隙，以保证分配板的设置不会干涉该分配孔的正常使用。

作为优选，所述制冷剂换热腔的分配孔包括与第二腔室相通的入口段，以及与制冷剂换热腔相通的出口段；所述入口段的口径小于出口段的口径。此方案将制冷剂换热腔的分配孔入口段做小，以保证二次分配更加均匀。

作为优选，所述分配孔入口段的孔型为椭圆形或橄榄球型。

作为优选，所述分配板的外端部上设置有封闭第二腔室外端腔口的封板，基于封板的设置，使制冷剂仅从第一腔室的外端通入。

附图说明

图1为采用本发明创造结构的板式换热器端面示意图。

图2为采用本发明创造结构的板式换热器侧面示意图。

图3为采用本发明创造结构的板式换热器立体示意图。

图4为图3的A部放大图。

图5为制冷剂输入通道的截面示意简图。

图6为制冷剂输入通道的端面示意简图。

图7为本发明创造涉及的板式换热片结构示意图。

图8为横向凸筋上设置筋槽的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1～8所示，本实施例涉及一种板式换热器，包括重叠设置在前夹板1和后夹板2之间的多块板式换热片3。前夹板1、多块板式换热片3和后夹板2之间交替形成有制冷剂换热腔和载冷剂换热腔，前夹板1以及多块板式换热片3上的制冷剂进口101和制冷剂出口102对应连接构成与制冷剂换热腔相通的制冷剂输入通道103和制冷剂输出通道104。前夹板1以及多块板式换热片3上的载冷剂进口201和载冷剂出口202对应连接构成与载冷剂换热腔相通的载冷剂输入通道203和载冷剂输出通道204。该板式换热器中的前夹板1以及多块板式换热片3上相连通分别构成制冷剂输入通道103、制冷剂输出通道104、载冷剂输入通道203和载冷剂输出通道204。该板式换热器使用时，制冷剂从制冷剂输入通道103流入分配到各个制冷剂换热腔内，然后汇流到制冷剂输出通道104。载冷剂从载冷剂输入通道203流入分配到各个载冷剂换热腔内，然后汇流到载冷剂输出通道204。载冷剂和制冷剂在板式换热片3两侧进行热交换。

在此基础上，因制冷剂输入通道103内部流入的制冷剂是气液混合物，存在背景技术中记载的分配不均匀的问题。参考附图4-6所示，所述制冷剂输入通道103内部沿通道方向设置有分配板4，分配板4沿其板体长度方向布置有通孔41。所述分配板4的外端部延伸至制冷剂输入通道103的进口端上，分配板4的内端部延伸至与后夹板2相抵。所述分配板4将制冷剂输入通道103分为第一腔室103a和第二腔室103b，多个制冷剂换热腔的分配孔31均处于第二腔室103b内。所述分配板4的外端部上设置有封闭第二腔室103b外端腔口的封板42，基于封板42的设置，使制冷剂仅从第一腔室103a的外端通入。本方案在制冷剂输入通道103内部沿通道方向设置有分配板4，分配板4将制冷剂输入通道103分为第一腔室103a和第二腔室103b，第一腔室103a和第二腔室103b通过分配板4上的通孔41相连通。使用时，制冷剂【气液混合物】从第一腔室103a外端通入，经过分配板4上的通孔41进行一次分配到第二腔室103b内，以保证制冷剂气液混合均匀，然后在通过制冷剂换热腔的分配孔31送入第二腔室103b内部。经过上述两次分配能够大幅提高中、低流速下气液混合制冷剂的分配均匀度，从而提高板换性能。

进一步优选的方案中，所述分配板4倾斜布置于制冷剂输入通道103内部，第一腔室103a的口径从外端至内端逐渐变小，第二腔室103b的口径从外端至内端逐渐变大。且最外侧制冷剂换热腔的分配孔31进口与分配板4之间留有间隙。此方案中，采用倾斜设置的分配板4，使第一腔室103a和第二腔室103b均被构建为变径腔室，从而有利于制冷剂【气液混合物】在第一腔室103a内部分布均匀。最外侧制冷剂换热腔的分配孔31进口与分配板4之间留有间隙，以保证分配板4的设置不会干涉该分配孔31的正常使用。

如图6所示，所述制冷剂换热腔的分配孔31包括与第二腔室103b相通的入口段311，以及与制冷剂换热腔相通的出口段312。所述入口段311的口径小于出口段312的口径。此方案将制冷剂换热腔的分配孔31的入口段311做小，以保证二次分配更加均匀。优选方案中，所述分配孔31入口段311的孔型为椭圆形或橄榄球型。

参考附图7所示，所述板式换热片3包括板体30，制冷剂进口101与制冷剂出口102，以及载冷剂进口201和载冷剂出口202分别相对布置于板体30上的对角上。所述板体30中部在制冷剂进口101与制冷剂出口102，以及载冷剂进口201和载冷剂出口202之间的流道区域内构建形成有换热纹理，所述换热纹理包括在板体30纵向方向上间隔布置的多条横向凸筋32，以及间隔布置于相邻两条横向凸筋32之间的多条竖向凸筋33。所述横向凸筋32两端部沿板体30横向方向延伸至流道区域边缘。该板式换热片3中的制冷剂进口101与制冷剂出口102，载冷剂进口201和载冷剂出口202分别相对布置于板体30上的对角上。并在板体30中部构建有换热纹理，此方案中的换热纹理除了多条横向凸筋32之外，还在相邻两条横向凸筋32之间构建有多条竖向凸筋33。在制冷剂或载冷剂流经该流道区域时，横向凸筋32和竖向凸筋33增大了流道长度和换热面积。并且，竖向凸筋33在相邻两条横向凸筋32之间进行导流，此结构下能够起到两次分配、减少流体阻力的作用。

具体方案中，所述横向凸筋32和竖向凸筋33的高度相等。所述竖向凸筋33的两端部与其相连的两条横向凸筋32相垂直，竖向凸筋33与横向凸筋32以正交或接近正交的方式相连，增大板片强度。如图7所示，所述横向凸筋32沿板体30横向方向被构建为V型或W型。和/或所述竖向凸筋33沿板体30竖向方向被构建为波浪形或锯齿形。

进一步如图8所示的方案中，所述横向凸筋32顶面沿其横向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽35，和/或竖向凸筋33顶面沿其竖向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽35。此方案中，在横向凸筋32顶面或是竖向凸筋33顶面或者两者顶面上设置与其延伸方向适配的筋槽35，一方面大大增加换热面积、提升换热效率。另一方面，横向凸筋32上布置筋槽35可供流体【制冷剂或载冷剂】顺利经过，从而减少流体流动的阻力，并且流体经过横向凸筋32上的筋槽35流过后可分配到多条竖向凸筋33之间，起到分配作用。竖向凸筋33顶面上布置筋槽35可供多条竖向凸筋33之间的通道相互连通，形成网状交叉紊流，打断流体温度分层，提升换热效率。

此外，所述制冷剂进口101与载冷剂出口202之间，以及制冷剂出口102与载冷剂进口201之间均设置有导流区34，两个导流区34分别处于换热纹理的上下两侧。所述导流区34内设置有多条导流凸筋341，导流凸筋341与横向凸筋32中部区域的形状一致，且两端部朝向两侧的制冷剂进口101与载冷剂出口202，或制冷剂出口102与载冷剂进口201。此方案中，流体【制冷剂或载冷剂】经过制冷剂进口101或载冷剂进口201流入后，经过导流凸筋341引导流入流道区域进行换热，然后在经过导流凸筋341引导到制冷剂出口102和载冷剂出口202之间留出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种板式换热器，包括重叠设置在前夹板(1)和后夹板(2)之间的多块板式换热片(3)；前夹板(1)、多块板式换热片(3)和后夹板(2)之间交替形成有制冷剂换热腔和载冷剂换热腔，前夹板(1)以及多块板式换热片(3)上的制冷剂进口(101)和制冷剂出口(102)对应连接构成与制冷剂换热腔相通的制冷剂输入通道(103)和制冷剂输出通道(104)；前夹板(1)以及多块板式换热片(3)上的载冷剂进口(201)和载冷剂出口(202)对应连接构成与载冷剂换热腔相通的载冷剂输入通道(203)和载冷剂输出通道(204)；其特征在于：

所述制冷剂输入通道(103)内部沿通道方向设置有分配板(4)，分配板(4)沿其板体(30)长度方向布置有通孔(41)；所述分配板(4)的外端部延伸至制冷剂输入通道(103)的进口端上，分配板(4)的内端部延伸至与后夹板(2)相抵；所述分配板(4)将制冷剂输入通道(103)分为第一腔室(103a)和第二腔室(103b)，制冷剂仅从第一腔室(103a)的外端通入，多个制冷剂换热腔的分配孔(31)均处于第二腔室(103b)内；

所述板式换热片(3)包括板体(30)，制冷剂进口(101)与制冷剂出口(102)，以及载冷剂进口(201)和载冷剂出口(202)分别相对布置于板体(30)上的对角上；所述板体(30)中部在制冷剂进口(101)与制冷剂出口(102)，以及载冷剂进口(201)和载冷剂出口(202)之间的流道区域内构建形成有换热纹理，所述换热纹理包括在板体(30)纵向方向上间隔布置的多条横向凸筋(32)，以及间隔布置于相邻两条横向凸筋(32)之间的多条竖向凸筋(33)；所述横向凸筋(32)两端部沿板体(30)横向方向延伸至流道区域边缘。

2.根据权利要求1所述的一种板式换热器，其特征在于：所述横向凸筋(32)和竖向凸筋(33)的高度相等。

3.根据权利要求1所述的一种板式换热器，其特征在于：所述竖向凸筋(33)的两端部与其相连的两条横向凸筋(32)相垂直。

4.根据权利要求2所述的一种板式换热器，其特征在于：所述横向凸筋(32)沿板体(30)横向方向被构建为V型或W型；和/或所述竖向凸筋(33)沿板体(30)竖向方向被构建为波浪形或锯齿形。

5.根据权利要求2所述的一种板式换热器，其特征在于：所述横向凸筋(32)顶面沿其横向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽(35)，和/或竖向凸筋(33)顶面沿其竖向延伸方向构建形成有波纹形或锯齿形布置的筋槽(35)。

6.根据权利要求1所述的一种板式换热器，其特征在于：所述制冷剂进口(101)与载冷剂出口(202)之间，以及制冷剂出口(102)与载冷剂进口(201)之间均设置有导流区(34)，两个导流区(34)分别处于换热纹理的上下两侧；所述导流区(34)内设置有多条导流凸筋(341)，导流凸筋(341)与横向凸筋(32)中部区域的形状一致，且两端部朝向两侧的制冷剂进口(101)与载冷剂出口(202)，或制冷剂出口(102)与载冷剂进口(201)。

7.根据权利要求1所述的一种板式换热器，其特征在于：所述分配板(4)倾斜布置于制冷剂输入通道(103)内部，第一腔室(103a)的口径从外端至内端逐渐变小，第二腔室(103b)的口径从外端至内端逐渐变大；且最外侧制冷剂换热腔的分配孔(31)进口与分配板(4)之间留有间隙。

8.根据权利要求7所述的一种板式换热器，其特征在于：所述制冷剂换热腔的分配孔(31)包括与第二腔室(103b)相通的入口段(311)，以及与制冷剂换热腔相通的出口段(312)；所述入口段(311)的口径小于出口段(312)的口径。

9.根据权利要求8所述的一种板式换热器，其特征在于：所述分配孔(31)入口段(311)的孔型为椭圆形或橄榄球型。

10.根据权利要求7所述的一种板式换热器，其特征在于：所述分配板(4)的外端部上设置有封闭第二腔室(103b)外端腔口的封板(42)。

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