CN117704682A - 一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器 - Google Patents

Abstract

本发明属于自循环蒸发冷却系统中冷凝器设计领域，具体涉及了一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，旨在解决现有技术中的冷凝器传热效果较差、体积庞大，以及容易发生“气体堵塞”的问题。本发明包括：机壳以及设置在机壳内部的换热芯体；机壳上密封固定并连通有热流体进气口、冷流体进液口、热流体出液口和冷流体出液口、热流体传感器测试口、热流体排气口和冷流体排气口；换热芯体包括热流体通道和冷流体通道；热流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板；冷流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板或多个等距平行设置的散热翅片组合板。本发明整体结构更紧凑，热阻小、换热面积大，能够充分高效换热。

Description

一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器

技术领域

本发明属于自循环蒸发冷却系统中冷凝器设计领域，具体涉及了一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器。

背景技术

自循环蒸发冷却系统中工质在蒸发器内直接或间接接触发热设备，液态工质吸收热量转变为气态工质后汇聚于冷凝器中，冷流体冷却冷凝器内的气态工质，使其释放热量后转变为液态工质并经由连接管道流回蒸发器，自发地完成循环流动。其中系统的循环动力为气、液工质的密度差以及蒸发器与冷凝器的高度差，因此在整个循环系统中冷凝器不仅要有高效的换热性能，同时要降低蒸发冷却工质的流动阻力。

冷凝器作为自循环蒸发冷却系统中的关键部件，其内部结构的设计可直接影响冷凝器的换热性能与流体的流动阻力。

自循环蒸发冷却系统中常用的冷凝器一般为：管壳式与板式冷凝器，以实现冷、热流体之间的热量交换。但管壳式冷凝器传热效果较差、体积庞大，不能满足换热器在某些场合下“紧凑型”的特殊需求。而使用板状代替管状换热表面的传统板式换热器，由于换热过程中气态流体与冷却后的液态热流体一同聚集在换热板片内，容易发生“气体堵塞”使得热流体的流动阻力较大。上述两种被广泛使用的换热器对于自循环蒸发冷却系统在换热性能以及结构设计上均有需要改进的地方。

基于此，本发明提出一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有技术中的冷凝器传热效果较差、体积庞大，不能满足换热器在某些场合下“紧凑型”的特殊需求，以及容易发生“气体堵塞”使得热流体的流动阻力较大的问题，本发明提供了一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，包括机壳以及设置在所述机壳内部的换热芯体；

所述机壳上密封固定并连通有热流体进气口、冷流体进液口、热流体出液口和冷流体出液口；所述热流体进气口、所述冷流体进液口、所述热流体出液口和所述冷流体出液口均与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述机壳上还密封固定并连通有热流体传感器测试口、热流体排气口和冷流体排气口；所述热流体传感器测试口用于连接传感器进行实验，所述热流体排气口和所述冷流体排气口与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述换热芯体包括热流体通道和冷流体通道；

所述热流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板和与其固定的分流道隔板；

所述冷流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板或多个等距平行设置的散热翅片组合板。

在一些优选的实施方式中，所述冷流体通道还包括折流板，多个所述折流板按照设定距离设置在所述机壳的内表面上；

每两个相邻的所述折流板的一端分别固定在所述机壳的上表面和下表面，每两个相邻的所述折流板的另一端与所述换热芯体固定，所述折流板与冷流体的流动方向平行设置；

所述冷流体通道中的等距交错设置的散热翅片组合板或等距平行设置的散热翅片组合板单层并行排布或多层并行排布。

在一些优选的实施方式中，所述分流道隔板固定在所述等距交错设置的散热翅片组合板的两纵排散热翅片之间，所述分流道隔板沿所述等距交错设置的散热翅片组合板的长度方向设置，并与所述等距交错设置的散热翅片组合板的长度相等；

所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板单层并行排布或多层并行排布。

在一些优选的实施方式中，所述热流体进气口和所述热流体出液口设置在所述机壳的两端；

所述冷流体进液口设置在靠近所述热流体出液口的一侧，所述冷流体出液口设置在靠近所述热流体进气口的一侧，用于保证所述热流体和所述冷流体呈逆流式流动。

在一些优选的实施方式中，所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板垂直热流体流动方向竖直放置，用于实现气态热流体与液态热流体的上下分离。

在一些优选的实施方式中，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板中单个翅片的长度方向，与所述冷流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板或等距平行设置的散热翅片组合板中的单个翅片的长度方向垂直。

在一些优选的实施方式中，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板中单个翅片的高度H至少大于5mm；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板的长度L小于100H；

当所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板的宽度W大于10H时，设置所述分流道隔板；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板的宽度方向上的每相邻的两个翅片之间的距离P小于所述翅片的高度H。

在一些优选的实施方式中，所述换热芯体由冷流体通道和热流体通道以及隔板钎焊连接；所述换热芯体与机壳通过钎焊密封固定。

在一些优选的实施方式中，所述机壳和所述换热芯体的材料均包括铝。

在一些优选的实施方式中，所述冷流体包括二次冷却水和空气；

当所述冷流体为空气时，在机壳上安装风机，直接驱动周围冷空气对所述热流体进行换热。

本发明的有益效果：

(1)本发明的机壳中设置有多个相互交错或平行等距的锯齿型散热片流体通道，所述冷凝器结构简单，设计巧妙，整体尺寸较小，更适用于设计需求为小型化、轻量化的紧凑型冷凝器；冷凝器整体由铝合金钎焊连接，制作工艺简单，重量较轻，制作成本低廉；

(2)所述分流道隔板将垂直流入换热芯体的蒸发冷却工质分别引入多层交错等距的锯齿型散热片热流体通道，冷却水直接吸收热流体通道中释放的潜热热量，锯齿型散热片热阻小、换热面积大，同时冷、热流体逆流式布置换热，使得冷、热流体在冷凝器全域范围内实现了充分高效换热；

(3)竖直放置的锯齿型散热片热流体通道使得热流体在换热过程快速实现气态工质与液态工质的上下分离，合适的锯齿翅片高度、锯齿流道长度以及锯齿翅片间距使得锯齿型散热片热流体通道中上侧的气态工质继续与冷流体换热，下侧的液态工质可及时流出冷凝器，优化后的冷凝器内部流道结构既实现了冷凝器全域参与换热并有效地降低了热流体的流动阻力。因此自循环蒸发冷却系统中的循环动力可减小，从而蒸发器与冷凝器的高度可降低，使得蒸发冷却系统整体结构更紧凑。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器整体结构的轴测图；

图2是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的换热芯体的轴测图；

图3是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的换热芯体中热流体通道的示意图；

图4是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的换热芯体中冷流体通道的示意图；

图5是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的内部结构横向剖视图；

图6是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的内部结构纵向剖视图；

图7是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的等距交错设置的散热翅片组合板结构示意图；

图8是图7的局部放大图；

图9是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的等距平行设置的散热翅片组合板结构示意图；

图10是图9的局部放大图；

图11是本发明的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器的风冷结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1-图11所示，具体参见图1-图4，本发明提供了一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，包括机壳1以及设置在所述机壳1内部的换热芯体18；

所述机壳1上密封固定并连通有热流体进气口17、冷流体进液口11、热流体出液口10和冷流体出液口14；所述热流体进气口17、所述冷流体进液口11、所述热流体出液口10和所述冷流体出液口14均与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述机壳1上还密封固定并连通有热流体传感器测试口2、热流体排气口4和冷流体排气口3；所述热流体传感器测试口2用于连接传感器进行实验，所述热流体排气口4和所述冷流体排气口3与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述换热芯体18包括热流体通道和冷流体通道；

所述热流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板19和与其固定的分流道隔板21；

所述冷流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板19或多个等距平行设置的散热翅片组合板20。

其中，在本实施例中，单个散热翅片的形状包括锯齿型。

其中，参见图1和图5，所述热流体排气口4和所述冷流体排气口3与管道可拆卸密封连接进行实验，其具体方式为：

所述热流体排气口4和所述冷流体排气口3与管道通过螺纹连接的方式实现可拆卸密封连接进行实验。

其中，所述热流体进气口17、所述冷流体进液口11、所述热流体出液口10和所述冷流体出液口14均与管道可拆卸密封连接进行实验，其具体方式为：

所述热流体进气口17、所述冷流体进液口11、所述热流体出液口10和所述冷流体出液口14均与管道通过卡盘可拆卸密封连接进行实验。

其中，所述传感器包括压力传感器与温度传感器等。

其中，参见图5，所述换热芯体18靠近所述热流体进气口17的一侧的端面与所述机壳1之间的区域为热流体进气腔体16，本发明在使用时，蒸发冷却工质作为热流体流经位于机壳1上的热流体进气口17进入热流体进气腔体16汇入换热芯体18中的热流体通道，与此同时，在冷流体进液口11中注入冷却水作为冷流体，冷却水经过冷流体通道实现与热流体的潜热换热，使得热流体发生气液相变释放热量，并经由热流体出液口10流出冷凝器，热流体在热流体排气口4排出实验过程中的不凝结气体；折流板7将冷流体分为多流程，使得冷流体吸收热量，并经由冷流体出液口14流出冷凝器，冷流体在冷流体排气口3排出实验管道中的不凝结气体。

其中，参见图5，所述热流体传感器测试口2位于热流体进气腔体16上部；热流体排气口4位于热流体出液腔体9下部。

其中，参见图5，所述热流体进气腔体16、热流体出液腔体9比换热芯体18高，以减小热流体流入、流出的阻力，防止发生气体堵塞。

其中，参见图1、图5，本发明还包括冷凝器支座5，所述冷凝器支座5与所述机壳1的外表面固定，所述冷凝器支座5用于将冷凝器固定于高处。

其中，冷流体与热流体通过0.3mm的锯齿型散热翅片通道分别进行对流换热，其中锯齿型散热翅片通道热阻小，并且多层锯齿型散热翅片通道的堆叠增大了单位体积的换热面积，从而提高了板式冷凝器的换热性能。

作为对本发明的进一步解释，参见图5，所述冷流体通道还包括折流板7，多个所述折流板7按照设定距离设置在所述机壳1的内表面上；

每两个相邻的所述折流板7的一端分别固定在所述机壳1的上表面和下表面，每两个相邻的所述折流板7的另一端与所述换热芯体18固定，所述折流板7与冷流体的流动方向平行设置；

所述冷流体通道中的等距交错设置的散热翅片组合板19或等距平行设置的散热翅片组合板20单层并行排布或多层并行排布。

其中，通过设置折流板7，将冷流体通道分为冷流体进液腔体12、第一冷流体汇合腔体8、第二冷流体汇合腔体13、第三冷流体汇合腔体6以及冷流体出液腔体15；

参见图5，冷流体在冷凝器中被分为4个流程，包括冷流体进液腔体12、第一冷流体汇合腔体8、第二冷流体汇合腔体13、第三冷流体汇合腔体6以及冷流体出液腔体15；冷流体的排气口位于第一冷流体汇合腔体8与第三冷流体汇合腔体6的最顶部，从而利于实验管道中不凝结气体的排出。

其中，所述机壳1与热流体进气腔16、出液腔9、冷流体进液腔12、出液腔15、第一冷流体汇合腔体8、第二冷流体汇合腔体13、第三冷流体汇合腔体6以及折流板7均为铝合金材料，并通过钎焊密封；

所述机壳1与热流体进气口17、出液口10、冷流体进液口11和出液口14、热流体传感器测试口2、冷流体排气口3以及热流体排气口4等均为铝合金材料，并通过钎焊连接。

作为对本发明的进一步解释，参见图6、图7，所述分流道隔板21固定在所述等距交错设置的散热翅片组合板19的两纵排散热翅片之间，所述分流道隔板21沿所述等距交错设置的散热翅片组合板19的长度方向设置，并与所述等距交错设置的散热翅片组合板19的长度相等；

所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板19单层并行排布或多层并行排布。

其中，参见图5，热流体经由热流体进气口17进入冷凝器的热流体进气腔16初步进行气液分离，分流道隔板21将热流体分别引入等距交错设置的散热翅片组合板19中与另一侧的冷流体冷凝换热变为液态工质，从而由热流体出液口10流出冷凝器；所述冷凝器的热流体出液口10位于热流体出液腔体9最底部，从而利于所述蒸发冷却工质的排出。

作为对本发明的进一步解释，参见图5，所述热流体进气口17和所述热流体出液口10设置在所述机壳1的两端；

所述冷流体进液口11设置在靠近所述热流体出液口10的一侧，所述冷流体出液口14设置在靠近所述热流体进气口17的一侧，用于保证所述热流体和所述冷流体呈逆流式流动。

作为对本发明的进一步解释，参见图5，所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板19垂直热流体流动方向竖直放置，用于实现气态热流体与液态热流体的上下分离。

作为对本发明的进一步解释，参见图2-图4，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19中单个翅片的长度方向，与所述冷流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19或等距平行设置的散热翅片组合板20中的单个翅片的长度方向垂直。

作为对本发明的进一步解释，参见图7-图10，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19中单个翅片的高度H至少大于5mm；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19的长度L小于100H；合适的锯齿散热翅片结构利于气态热流体的顺利流通。

当所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19的宽度W大于10H时，设置所述分流道隔板21；分流道隔板21将气态热流体分别引入等距交错设置的散热翅片组合板19，并将经冷流体冷凝后的液态热流体与未经冷凝的气态热流体分隔开，利于冷凝后的液态热流体顺利流出冷凝器，并实现冷凝器全域参与换热；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19的宽度方向上的每相邻的两个翅片之间的距离P小于所述翅片的高度H，利于减小锯齿散热片热流体流道中的流动阻力。在换热芯体18中，热通道上侧的气态蒸发冷却工质与锯齿型散热翅片通道另一侧的冷流体换热，被冷凝的液态蒸发冷却工质交错地直接流出锯齿型散热翅片通道，从而流出冷凝器，实现换热芯体18内部的全域高效换热与上下气液分离，使得热流体在锯齿型散热片通道中流动阻力减小，即自循环蒸发冷却系统中的循环动力减小，从而蒸发器与冷凝器的高度可降低，使得蒸发冷却系统的结构更紧凑。

其中，为了保证冷、热流体的换热效果，可以根据需求选择换热芯体18中热流体通道内的热流体与冷流体通道内的冷流体顺流或逆流布置进行换热。

在本实施例中，“当所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19的宽度W大于10H时，设置所述分流道隔板21”，具体为：当大于10H时，在所述等距交错设置的散热翅片组合板19的宽度方向的中心，沿其长度方向设置一个所述分流道隔板21；大于15H时放置2个分流道隔板21，以此类推，当宽度W每增加5H，多增加一个分流道隔板21；

当所述等距交错设置的散热翅片组合板19的宽度W大于等于15H后，所述分流道隔板21设置在所述等距交错设置的散热翅片组合板19上的具体位置不做具体限定，任意位置都在本发明的保护范围内。

其中，本发明中冷流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板19或等距平行设置的散热翅片组合板20的长度、宽度以及单个翅片的尺寸可参考热流体通道设置，本实施例中不对冷流体通道的尺寸做限定。

优选的，参见图2，换热芯体18整体为立方体，根据使用工况需求，换热芯体18截面尺寸可以任意设置；

作为对本发明的进一步解释，参见图5、图6，所述换热芯体18由冷流体通道和热流体通道以及隔板21钎焊连接；所述换热芯体18与机壳1通过钎焊密封固定。

作为对本发明的进一步解释，所述机壳1和所述换热芯体18的材料均包括铝。

本发明的另一种变形为，参见图11，所述冷流体包括二次冷却水和空气；

当所述冷流体为空气时，在机壳1上安装风机，直接驱动周围冷空气对所述热流体进行换热，安装风机后换热芯体18不做改变。

所述冷凝器去掉冷流体进液口10、冷流体出液口15、冷流体进液腔体12、第一冷流体汇合腔体8、第二冷流体汇合腔体13、第三冷流体汇合腔体6、冷流体出液腔体15以及冷流体的排气口3。在机壳1上安装风机，直接驱动周围冷空气对热流体进行换热，换热芯体18不做改变。

术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，包括机壳(1)以及设置在所述机壳(1)内部的换热芯体(18)；

所述机壳(1)上密封固定并连通有热流体进气口(17)、冷流体进液口(11)、热流体出液口(10)和冷流体出液口(14)；所述热流体进气口(17)、所述冷流体进液口(11)、所述热流体出液口(10)和所述冷流体出液口(14)均与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述机壳(1)上还密封固定并连通有热流体传感器测试口(2)、热流体排气口(4)和冷流体排气口(3)；所述热流体传感器测试口(2)用于连接传感器进行实验，所述热流体排气口(4)和所述冷流体排气口(3)与管道可拆卸密封连接进行实验；

所述换热芯体(18)包括热流体通道和冷流体通道；

所述热流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板(19)和与其固定的分流道隔板(21)；

所述冷流体通道包括多个等距交错设置的散热翅片组合板(19)或多个等距平行设置的散热翅片组合板(20)。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述冷流体通道还包括折流板(7)，多个所述折流板(7)按照设定距离设置在所述机壳(1)的内表面上；

每两个相邻的所述折流板(7)的一端分别固定在所述机壳(1)的上表面和下表面，每两个相邻的所述折流板(7)的另一端与所述换热芯体(18)固定，所述折流板(7)与冷流体的流动方向平行设置；

所述冷流体通道中的等距交错设置的散热翅片组合板(19)或等距平行设置的散热翅片组合板(20)单层并行排布或多层并行排布。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述分流道隔板(21)固定在所述等距交错设置的散热翅片组合板(19)的两纵排散热翅片之间，所述分流道隔板(21)沿所述等距交错设置的散热翅片组合板(19)的长度方向设置，并与所述等距交错设置的散热翅片组合板(19)的长度相等；

所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板(19)单层并行排布或多层并行排布。

4.根据权利要求3所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述热流体进气口(17)和所述热流体出液口(10)设置在所述机壳(1)的两端；

所述冷流体进液口(11)设置在靠近所述热流体出液口(10)的一侧，所述冷流体出液口(14)设置在靠近所述热流体进气口(17)的一侧，用于保证所述热流体和所述冷流体呈逆流式流动。

5.根据权利要求4所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述热流体通道的所述等距交错设置的散热翅片组合板(19)垂直热流体流动方向竖直放置，用于实现气态热流体与液态热流体的上下分离。

6.根据权利要求5所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)中单个翅片的长度方向，与所述冷流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)或等距平行设置的散热翅片组合板(20)中的单个翅片的长度方向垂直。

7.根据权利要求6所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)中单个翅片的高度H至少大于5mm；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)的长度L小于100H；

当所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)的宽度W大于10H时，设置所述分流道隔板(21)；

所述热流体通道中等距交错设置的散热翅片组合板(19)的宽度方向上的每相邻的两个翅片之间的距离P小于所述翅片的高度H。

8.根据权利要求7所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述换热芯体(18)由冷流体通道和热流体通道以及隔板(21)钎焊连接；所述换热芯体(18)与机壳(1)通过钎焊密封固定。

9.根据权利要求8所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述机壳(1)和所述换热芯体(18)的材料均包括铝。

10.根据权利要求9所述的一种紧凑型适用于自循环蒸发冷却系统的高效板式冷凝器，其特征在于，所述冷流体包括二次冷却水和空气；

当所述冷流体为空气时，在机壳(1)上安装风机，直接驱动周围冷空气对所述热流体进行换热。