CN116086219B - 一种带分配孔结构的板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种板式换热器。一种带分配孔结构的板式换热器，包括多片交替叠放设置的第一板片和第二板片；所述第一板片在制载冷剂进口边缘上构建有向板片厚度方向前侧凸起的第一凸筋，第二板片贴合设置在第一板片的背面，第二板片在第一凸筋的背面构建为平面或第二凸筋，第二凸筋向第一凸筋凸起并嵌入在第一凸筋背面的凹槽内，第一凸筋与其后侧的平面或第二凸筋之间形成分配孔，制冷剂输入通道通过分配孔与制冷剂换热腔相连通。该一种带分配孔结构的板式换热器采用特殊分配孔结构，改善两相流分配，大幅提高板换的换热性能，同时减少制造工艺波动对尺寸的影响。

Description

一种带分配孔结构的板式换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种带分配孔结构的板式换热器。

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,两相流分配对板换的蒸发性能至关重要。

详见公告号为“CN110500814B”的中国发明专利文本中记载的板式蒸发器，该在先专利附图1中所示为现有板式换热器的剖面示意图，其中第一进液通道输入的制冷剂通过分配孔流入各换热流道中；其方案中，系列波纹板的相互凹凸抵触的两所述第一进液孔的凹面和凸面上的所述凹槽对合构成用于导通冷介质的进液通道和换热流道的分配孔。以此为代表的现有板式蒸发器，采用半圆形凹槽对接成圆形的分配孔，但基于制作工艺中的误差值，以及板片叠压过程中的错位放置，容易导致两个半圆形凹槽无法完全对准的情况时有发生。此时，分配孔形状变形，尤其因为分配孔的整体孔径不大，因此因工艺误差或错位装配导致的分配孔孔型变化，对于分配影响较大。如此，当同一制冷剂输入通道内部的分配孔口径大小不一时，会导致进入各个制冷剂换热腔内部的制冷剂流量存在明显差异，分配不均匀。

另外，在制冷剂分配过程中，分配孔的孔径小容易使制冷剂分配均匀，而上述现有技术如需构建组合成孔径较小的分配孔，则需要采用宽度较小的凹槽，而在压装的凹槽尺寸越小对于模具的制作要求更高，故现有分配孔的结构也间接增大了生产成本。

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，采用特殊分配孔结构，改善两相流分配，大幅提高板换的换热性能，同时减少制造工艺波动对尺寸的影响。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

板式换热器，包括多片交替叠放设置的第一板片和第二板片，第一板片和第二板片之间交替形成有制冷剂换热腔和载冷剂换热腔，第一板片和第二板片上设置有制载冷剂进口、制冷剂出口、载冷剂进口和载冷剂出口；第一板片和第二板片上的制载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，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；所述第一板片在制载冷剂进口边缘上构建有向板片厚度方向前侧凸起的第一凸筋，第二板片贴合设置在第一板片的背面，第二板片在第一凸筋的背面构建为平面或第二凸筋，第二凸筋向第一凸筋凸起并嵌入在第一凸筋背面的凹槽内，第一凸筋与其后侧的平面或第二凸筋之间形成分配孔，制冷剂输入通道通过分配孔与制冷剂换热腔相连通。

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，该板式换热器包括多片第一板片和第二板片，第一板片和第二板片之间交替形成有制冷剂换热腔和载冷剂换热腔；第一板片和第二板片上连通构建有制冷剂输入通道、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通过分配孔流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，本方案的创新点在于对制冷剂输入通道内的分配孔进行了优化改良。具体来说，如背景技术记载的现有板式换热器中，采用两个半圆形凹槽组合构成分配孔。而本方案中采用了以下两种方案重新构建分配孔：

基础方案中，采用第一板片上的第一凸筋与第二板片上的平面组合构成分配孔。此方案中，在制造工艺中仅需要保证第一凸筋的尺寸不超出误差范围，在装配时无论第一板片和第二板片是否产生错位，第一凸筋与其背面的平面组合构成的分配孔尺寸始终稳定，进而能够保证同一制冷剂输入通道内部的分配孔口径一致，制冷剂分配均匀。

再者，此方案仅以第一凸筋的隆起面积作为分配孔的输入面积，故在构建相同输入面积的分配孔时，本方案的第一凸筋相比于背景技术中记载的半圆形凹槽，口径更大，压制第一凸筋的模具制作要求降低，成本也下降。

更优方案中，采用向同一方向凸起的第一凸筋和第二凸筋组合构建分配孔；此方案中的第一凸筋为大凸筋，第二凸筋为小凸筋，小凸筋嵌入大凸筋背面的凹槽内。基于这种方式，一方面由于小凸筋嵌入大凸筋的凹槽，在第一板片和第二板片叠压过程起到初步定位作用，如此第一板片和第二板片叠压过程即便产生错位压装，也在上述凹槽的尺寸范围之内。进一步地，在制作工艺中保证第一凸筋和第二凸筋的尺寸后，在压装过程中其构建的分配孔面积始终为第一凸筋凹槽内部总面积减去第二凸筋所占用的面积，故压装错位不会导致分配孔的截面积变化；保证同一制冷剂输入通道内部的分配孔口径一致，制冷剂分配均匀。

再者，此方案中以第一凸筋和第二凸筋的隆起面积之差作为分配孔的输入面积；故在构建相同输入面积的分配孔时，本方案的第一凸筋相比于背景技术中记载的半圆形凹槽，口径更大，压制第一凸筋的模具制作要求降低，成本也下降；而第二凸筋在此方案中并不要求非常高的精度，故其模具制备成本也相对不高。

基于上述方案，该板式换热器具有以下优点：

1)加工工艺简单，减少板片叠压时的错位导致的分配孔变形；

2)分配孔尺寸更稳定，减少制造工艺对尺寸的影响；

3)装配孔截面积小，提高制冷剂分配均匀度。

作为优选，所述第二凸筋的宽度小于第一凸筋的宽度，第二凸筋位于第一凸筋背面的凹槽中部，第二凸筋外壁与凹槽侧壁之间均存在间隙。该优选方案是第一板片和第二板片之间不存在压装错位，此时第二凸筋位于凹槽中部，制冷剂能够从第二凸筋边缘各处流入分配孔内部，如此制冷剂流动更为顺利。

作为优选，所述第一凸筋的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形，第二凸筋的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形。

在具体的实践方案中，所述第一凸筋和第二凸筋均构建为圆弧形，第一凸筋的直径在0.8-1.5mm，第二凸筋的直径小于或等于0.5mm。

作为优选，所述第一板片和第二板片沿制载冷剂进口边缘分别构建有第一凸环和第二凸环，第一凸环和第二凸环相对凸起并贴合；所述第一凸筋设置在第一凸环上且其外端部延伸至第一凸环外边缘并与第一板片的换热区域相通；第二凸筋构建在第二凸环上且其外端部未延伸至第二凸环外边缘，第二凸筋的外端部与第二凸环之间通过密封连接。

此方案中，第一板片上的第一凸环与第二板片上的第二凸环相对凸起且贴合，相对凸起之后使第一板片和第二板片间隔开，故在两者之间形成制冷剂换热腔；而第一凸环与第二凸环贴合，使制冷剂仅能通过分配孔才能流入制冷剂换热腔。此处要求，设置在第一凸环上的第一凸筋外端部延伸至第一凸环外边缘，从而确保制冷剂能够基于第一凸筋所形成的通道流入制冷剂换热腔。

同时，构建在第二凸环上第二凸筋不能延伸至第二凸环外边缘，第二凸筋的外端部与第二凸环之间通过密封连接。此处主要考虑到，在第二凸环上压装得到第二凸筋，会是第二凸筋外端部与其边缘的第二凸环存在凹凸错位，需要采用密封处理，一般是焊接密封，但并不能确保完全密封。在此情况下，要求第二凸筋仅设置在第二凸环的一段，可确保该密封连接处处于制冷剂输入通道内部，即便出现焊接不牢固，其照成的后果也仅是制冷剂能够从渗漏处进入分配孔。而如果将第二凸筋外侧延伸至第二凸环外边缘，此处焊接密封位置处于制冷剂换热腔和载冷剂换热腔之间，如果出现焊接不牢固，则会导致制冷剂和载冷剂的互串，影响板式换热器的使用。

附图说明

图1为第一板片和第二板片叠放对准时的示意图。

图2为图1的A部放大图。

图3为板式换热器的部分剖开立体图。

图4为图3的局部放大图。

图5为第一板片和第二板片叠放状态的局部放大图。

图6为第一板片和第二板片叠放状态局部剖开图。

图7为分配孔优选成型方案示意简图。

图8为分配孔基础成型方案示意简图。

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，包括多片交替叠放设置的第一板片1和第二板片2，第一板片1和第二板片2之间交替形成有制冷剂换热腔3和载冷剂换热腔4，第一板片1和第二板片2上设置有制载冷剂进口101、制冷剂出口102、载冷剂进口103和载冷剂出口104。第一板片1和第二板片2上的制载冷剂进口101和制冷剂出口102对应连接构成与制冷剂换热腔3相通的制冷剂输入通道105和制冷剂输出通道106，载冷剂进口103和载冷剂出口104对应连接构成与载冷剂换热腔4相通的载冷剂输入通道107和载冷剂输出通道108。所述第一板片1在制载冷剂进口101边缘上构建有向板片厚度方向前侧凸起的第一凸筋12，第二板片2贴合设置在第一板片1的背面，第二板片2在第一凸筋12的背面构建为平面23或第二凸筋22，第二凸筋22向第一凸筋12凸起并嵌入在第一凸筋12背面的凹槽内，第一凸筋12与其后侧的平面23或第二凸筋22之间形成分配孔10，制冷剂输入通道105通过分配孔10与制冷剂换热腔3相连通。

该板式换热器包括多片第一板片1和第二板片2，第一板片1和第二板片2之间交替形成有制冷剂换热腔3和载冷剂换热腔4。第一板片1和第二板片2上连通构建有制冷剂输入通道105、制冷剂输出通道106、载冷剂输入通道107和载冷剂输出通道108。该板式换热器使用时，制冷剂从制冷剂输入通道105流入通过分配孔10流到各个制冷剂换热腔3内，然后汇流到制冷剂输出通道106。载冷剂从载冷剂输入通道107流入分配到各个载冷剂换热腔4内，然后汇流到载冷剂输出通道108。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，本方案的创新点在于对制冷剂输入通道105内的分配孔10进行了优化改良。具体来说，如背景技术记载的现有板式换热器中，采用两个半圆形凹槽组合构成分配孔10。而本方案中采用了以下两种方案重新构建分配孔10：

在如图8所示的基础方案中(结合图1-7理解此方案)，采用第一板片1上的第一凸筋12与第二板片2上的平面23组合构成分配孔10。此方案中，在制造工艺中仅需要保证第一凸筋12的尺寸不超出误差范围，在装配时无论第一板片1和第二板片2是否产生错位，第一凸筋12与其背面的平面23组合构成的分配孔10尺寸始终稳定，进而能够保证同一制冷剂输入通道105内部的分配孔10口径一致，制冷剂分配均匀。此方案仅以第一凸筋12的隆起面积作为分配孔10的输入面积，故在构建相同输入面积的分配孔10时，本方案的第一凸筋12相比于背景技术中记载的半圆形凹槽，口径更大，压制第一凸筋12的模具制作要求降低，成本也下降。

在如图1-7所示的更优方案中，采用向同一方向凸起的第一凸筋12和第二凸筋22组合构建分配孔10。此方案中的第一凸筋12为大凸筋，第二凸筋22为小凸筋，小凸筋嵌入大凸筋背面的凹槽内。基于这种方式，一方面由于小凸筋嵌入大凸筋的凹槽，在第一板片1和第二板片2叠压过程起到初步定位作用，如此第一板片1和第二板片2叠压过程即便产生错位压装，也在上述凹槽的尺寸范围之内。进一步地，在制作工艺中保证第一凸筋12和第二凸筋22的尺寸后，在压装过程中其构建的分配孔10面积始终为第一凸筋12凹槽内部总面积减去第二凸筋22所占用的面积，故压装错位不会导致分配孔10的截面积变化。保证同一制冷剂输入通道105内部的分配孔10口径一致，制冷剂分配均匀。此方案中以第一凸筋12和第二凸筋22的隆起面积之差作为分配孔10的输入面积。故在构建相同输入面积的分配孔10时，本方案的第一凸筋12相比于背景技术中记载的半圆形凹槽，口径更大，压制第一凸筋12的模具制作要求降低，成本也下降。而第二凸筋22在此方案中并不要求非常高的精度，故其模具制备成本也相对不高。

基于上述方案，该板式换热器具有以下优点：

1)加工工艺简单，减少板片叠压时的错位导致的分配孔10变形。

2)分配孔10尺寸更稳定，减少制造工艺对尺寸的影响。

3)装配孔截面积小，提高制冷剂分配均匀度。

以下基于第一凸筋12和第二凸筋22的细化方案进一步阐述：

此方案中的第一凸筋12的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形，第二凸筋22的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形。在优选方案中，所述第一凸筋12和第二凸筋22均构建为圆弧形，第一凸筋12的直径在0.8-1.5mm，第二凸筋22的直径小于或等于0.5mm。

图中所示，所述第二凸筋22的宽度小于第一凸筋12的宽度，第二凸筋22位于第一凸筋12背面的凹槽中部，第二凸筋22外壁与凹槽侧壁之间均存在间隙。该优选方案是第一板片1和第二板片2之间不存在压装错位，此时第二凸筋22位于凹槽中部，制冷剂能够从第二凸筋22边缘各处流入分配孔10内部，如此制冷剂流动更为顺利。

进一步参考附图2和4所示，所述第一板片1和第二板片2沿制载冷剂进口101边缘分别构建有第一凸环11和第二凸环21，第一凸环11和第二凸环21相对凸起并贴合。所述第一凸筋12设置在第一凸环11上且其外端部延伸至第一凸环11外边缘并与第一板片1的换热区域相通。第二凸筋22构建在第二凸环21上且其外端部未延伸至第二凸环21外边缘，第二凸筋22的外端部与第二凸环21之间通过密封连接。

此方案中，第一板片1上的第一凸环11与第二板片2上的第二凸环21相对凸起且贴合，相对凸起之后使第一板片1和第二板片2间隔开，故在两者之间形成制冷剂换热腔3。而第一凸环11与第二凸环21贴合，使制冷剂仅能通过分配孔10才能流入制冷剂换热腔3。此处要求，设置在第一凸环11上的第一凸筋12外端部延伸至第一凸环11外边缘，从而确保制冷剂能够基于第一凸筋12所形成的通道流入制冷剂换热腔3。

同时，构建在第二凸环21上第二凸筋22不能延伸至第二凸环21外边缘，第二凸筋22的外端部与第二凸环21之间通过密封连接。此处主要考虑到，在第二凸环21上压装得到第二凸筋22，会是第二凸筋22外端部与其边缘的第二凸环21存在凹凸错位，需要采用密封处理，一般是焊接密封，但并不能确保完全密封。在此情况下，要求第二凸筋22仅设置在第二凸环21的一段，可确保该密封连接处处于制冷剂输入通道105内部，即便出现焊接不牢固，其照成的后果也仅是制冷剂能够从渗漏处进入分配孔10。而如果将第二凸筋22外侧延伸至第二凸环21外边缘，此处焊接密封位置处于制冷剂换热腔3和载冷剂换热腔4之间，如果出现焊接不牢固，则会导致制冷剂和载冷剂的互串，影响板式换热器的使用。

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 (4)

1.一种带分配孔结构的板式换热器，包括多片交替叠放设置的第一板片(1)和第二板片(2)，第一板片(1)和第二板片(2)之间交替形成有制冷剂换热腔(3)和载冷剂换热腔(4)，第一板片(1)和第二板片(2)上设置有制载冷剂进口(101)、制冷剂出口(102)、载冷剂进口(103)和载冷剂出口(104)；第一板片(1)和第二板片(2)上的制载冷剂进口(101)和制冷剂出口(102)对应连接构成与制冷剂换热腔(3)相通的制冷剂输入通道(105)和制冷剂输出通道(106)，载冷剂进口和载冷剂出口(104)对应连接构成与载冷剂换热腔(4)相通的载冷剂输入通道(107)和载冷剂输出通道(108)；其特征在于：所述第一板片(1)在制载冷剂进口(101)边缘上构建有向板片厚度方向前侧凸起的第一凸筋(12)，第二板片(2)贴合设置在第一板片(1)的背面，第二板片(2)在第一凸筋(12)的背面构建为第二凸筋(22)，第二凸筋(22)向第一凸筋(12)凸起并嵌入在第一凸筋(12)背面的凹槽内，第一凸筋(12)与其后侧的第二凸筋(22)之间形成分配孔(10)，制冷剂输入通道(105)通过分配孔(10)与制冷剂换热腔(3)相连通；

所述第一板片(1)和第二板片(2)沿制载冷剂进口(101)边缘分别构建有第一凸环(11)和第二凸环(21)，第一凸环(11)和第二凸环(21)相对凸起并贴合；所述第一凸筋(12)设置在第一凸环(11)上且其外端部延伸至第一凸环(11)外边缘并与第一板片(1)的换热区域相通；第二凸筋(22)构建在第二凸环(21)上且其外端部未延伸至第二凸环(21)外边缘，第二凸筋(22)的外端部与第二凸环(21)之间通过密封连接。

2.根据权利要求1所述的一种带分配孔结构的板式换热器，其特征在于：所述第二凸筋(22)的宽度小于第一凸筋(12)的宽度，第二凸筋(22)位于第一凸筋(12)背面的凹槽中部，第二凸筋(22)外壁与凹槽侧壁之间均存在间隙。

3.根据权利要求1或2所述的一种带分配孔结构的板式换热器，其特征在于：所述第一凸筋(12)的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形，第二凸筋(22)的形状为圆弧形、椭圆形、梯形或者三角形。

4.根据权利要求1所述的一种带分配孔结构的板式换热器，其特征在于：所述第一凸筋(12)和第二凸筋(22)均构建为圆弧形，第一凸筋(12)的直径在0.8-1.5mm，第二凸筋(22)的直径小于或等于0.5mm。