CN118009793A - 一种换热板和换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热板和换热器，涉及换热装置技术领域，以避免相变流体出现压降较大，换热温差减小的现象，提升换热器的换热性能。换热板上布置有第一分区和第二分区。第一分区内设置有多个第一换热单元，第一换热单元的顶面具有多个第一凸起部，多个第一凸起部之间围设形成第一凹陷部。第二分区内设置有多个第二换热单元，第二换热单元的顶面具有多个第二凸起部，多个第二凸起部之间围设形成第二凹陷部。换热板上第一分区的顶面形成的换热腔的容积大于第二分区的顶面形成的换热腔的容积。换热器包括多个层叠设置的换热板，相邻的两个换热板相对设置并形成换热腔，每一换热板的两侧的换热腔用于流通不同介质。

Description

一种换热板和换热器

技术领域

本发明涉及换热装置技术领域，尤其涉及一种换热板和换热器。

背景技术

板式换热器包括前后端板和位于前后端板之间的多个换热板，换热板之间以及换热板与前后端板之间形成供流体流动的换热腔。板式换热器在运行时，相变流体和水分别在换热板两侧的换热腔内流动，以使相变流体和水通过换热板进行换热。

换热板上布置有朝向换热板一侧凸起的多个凸起部以及朝向远离凸起部的一侧凹陷的多个凹陷部，如此换热板上凸起部和凹陷部交错分布使相变流体和水在换热腔流动时，不断受到凸起部和凹陷部的扰动，有利于相变流体和水的充分换热。

然而，现有技术中，相变流体易出现压降较大的现象，此时会影响相变温度，换热温差减小，导致换热器整体性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热板和换热器，以避免相变流体出现压降较大，换热温差减小的现象，提升换热器的换热性能。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种换热板，包括流体进口和流体出口，换热板具有相对的顶面和底面，换热板上布置有沿第一方向排布的第一分区和第二分区。其中，第一分区内设置有多个矩阵式排列的第一换热单元，第一换热单元的顶面具有多个第一凸起部，多个第一凸起部之间围设形成第一凹陷部。第二分区内设置有多个矩阵式排列的第二换热单元，第二换热单元的顶面具有多个第二凸起部，多个第二凸起部之间围设形成第二凹陷部。换热板上第一分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积大于第二分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积。

采用上述技术方案时，第一分区内设置有多个矩阵式排列的第一换热单元，第一换热单元的顶面具有多个第一凸起部，多个第一凸起部之间围设形成第一凹陷部。第二分区内设置有多个矩阵式排列的第二换热单元，第二换热单元的顶面具有多个第二凸起部，且多个第二凸起部之间围设形成第二凹陷部。如此换热板上的第一凸起部和第一凹陷部交错分布，且第二凸起部和第二凹陷部交错分布，使相变流体和水在换热板两侧的换热腔内流动时，不断受到凸起部和凹陷部的扰动，流动速度和流动方向不断发生变化，有利于相变流体和水的充分换热。不仅如此，换热板上第一分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积大于第二分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积，由此使得第一分区所对应的相变流体换热腔的容积大于第二分区所对应的相变流体换热腔的容积。当气态相变流体流经第一分区时，可以有效减小相变流体流动阻力，相变流体流动至第二分区时，液态相变流体的比例增大，由于第二分区所对应的相变流体换热腔的容积较小，可以有效增大液态相变流体的流动速度，强化相变流体和水换热。因此，本申请提供的换热板，能够降低相变流体整体的流阻，有效降低相变流体的压降，控制相变温度，稳定换热温差，保证较高的换热性能。

在一种可能的实现方式中，沿着第一方向，第二分区的尺寸与第一分区和第二分区尺寸之和的比为1：10～1：2。

在一种可能的实现方式中，第一换热单元的顶面形状和第二换热单元的底面形状形同，第一换热单元的底面形状和第二换热单元的顶面形状相同。

在一种可能的实现方式中，第一凸起部与第一凹陷部弧形过渡；和/或，第二凸起部与第二凹陷部弧形过渡。

在一种可能的实现方式中，第一凸起部的顶面形成第一焊接区，第一凹陷部的底面形成第二焊接区，第二凸起部的顶面形成第三焊接区，第二凹陷部的底面形成第四焊接区，第一焊接区、第二焊接区、第三焊接区或第四焊接区的形状为椭圆形、圆角三角形、圆角矩形或圆角菱形。

在一种可能的实现方式中，流体进口包括相变流体进入口，流体出口包括相变流体流出口。

在冷凝工况下，相变流体进入口位于第一分区的远离第二分区的一端，相变流体流出口位于第二分区的远离第一分区的一端。

在蒸发工况下，相变流体进入口位于第二分区的远离第一分区的一端，相变流体流出口位于第一分区的远离第二分区的一端。

第二方面，本发明提供一种换热器，包括多个层叠设置的第一方面或第一方面任一可能的实现方式所描述的换热板，相邻的两个换热板对称设置并形成换热腔，每一换热板的两侧的换热腔用于流通不同介质。

与现有技术相比，本申请提供的换热器的有益效果与上述换热板的有益效果相同，此处不做赘述。

在一种可能的实现方式中，换热板的第一分区的两侧形成的换热腔的容积的比值为1:1.1～1:1.5。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的换热板的示意图；

图2为本发明实施例提供的换热板的局部示意图一；

图3为本发明实施例提供的换热板的示意图二；

图4为图3中A处的放大示意图；

图5为图3中B处的放大示意图；

图6为本发明实施例提供的第一换热单元或第二换热单元的示意图一；

图7为本发明实施例提供的第一换热单元或第二换热单元的示意图二；

图8为本发明实施例提供的第一换热单元和第二换热单元的位置关系示意图一；

图9为本发明实施例提供的第一换热单元和第二换热单元的位置关系示意图二。

附图标记：

1-换热板，11-流体进口，111-相变流体进入口，112-水进入口，

12-流体出口，121-相变流体流出口，122-水流出口，13-第一换热单元，

131-第一凸起部，132-第一凹陷部，14-第二换热单元，141-第二凸起部，

142-第二凹陷部，15-弧形导流槽；

a-第一分区，b-第二分区，c-导流区。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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或两个元件的相互作用关系。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。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供一种换热板，该换热板1包括流体进口11和流体出口12，换热板1具有相对的顶面和底面，换热板1上布置有沿第一方向排布的第一分区a和第二分区b。其中，第一分区a内设置有多个矩阵式排列的第一换热单元13，参见图6和图7所示，第一换热单元13的顶面具有多个第一凸起部131，多个第一凸起部131之间围设形成第一凹陷部132。第二分区b内设置有多个矩阵式排列的第二换热单元14，如图6和图7所示，第二换热单元14的顶面具有多个第二凸起部141，多个第二凸起部141之间围设形成第二凹陷部142。换热板1上第一分区a的顶面形成的相变流体换热腔的容积大于第二分区b的顶面形成的相变流体换热腔的容积。

采用上述技术方案时，第一分区a内设置有多个矩阵式排列的第一换热单元13，第一换热单元13的顶面具有多个第一凸起部131，多个第一凸起部131之间围设形成第一凹陷部132。第二分区b内设置有多个矩阵式排列的第二换热单元14，第二换热单元14的顶面具有多个第二凸起部141，且多个第二凸起部141之间围设形成第二凹陷部142。如此换热板1上的第一凸起部131和第一凹陷部132交错分布，且第二凸起部141和第二凹陷部142交错分布，使相变流体或者水在换热板1两侧的换热腔内流动时，不断受到凸起部和凹陷部的扰动，流动速度和流动方向不断发生变化，有利于相变流体和水的充分换热。

不仅如此，第一分区a的顶面形成的相变流体换热腔的容积大于第二分区b的顶面形成的相变流体换热腔的容积，当相变流体在换热板的顶面形成的换热腔内流动时，由此使得第一分区a所对应的相变流体换热腔的容积大于第二分区b所对应的相变流体换热腔的容积。需要说明的是，相变流体和水通过换热板1发生热交换，在冷凝工况下，部分气态相变流体被液化变成液态相变流体，液态和气态相变流体比例不断发生变化，当气态相变流体流经第一分区a时，由于第一分区a所对应的相变流体换热腔的容积较大，可以有效减小相变流体流动阻力。相变流体流动至第二分区b时，液态相变流体的比例增大，由于第二分区b所对应的相变流体换热腔的容积较小，可以有效增大相变流体的流动速度，强化相变流体和水换热。在蒸发工况下，部分液态相变流体被气化变成气态相变流体，液态和气态相变流体比例不断发生变化，液态相变流体流动至第二分区b时，由于第二分区b所对应的相变流体换热腔的容积较小，可以有效增大相变流体的流动速度，强化相变流体和水换热。相变流体流动至第一分区a时，气态相变流体的比例增大，由于第一分区a所对应的相变流体换热腔的容积较大，可以有效减小相变流体流动阻力。因此，本申请提供的换热板1，能够降低相变流体整体的流阻，有效降低相变流体的压降，控制相变温度，稳定换热温差，保证较高的换热性能。

具体实施时，第一方向可以为换热板1的长度方向，如此相变流体和水的流动路径更长，换热效果更好。多个本发明实施例提供的换热板1可以层叠设置，一个换热板1与位于该换热板1表面两侧的两个换热板1形成相变流体换热腔和水换热腔，相变流体和水在各自的换热腔内流动，通过换热板1实现热交换。

在第一分区a内，多个第一换热单元13呈矩阵式排列，即多个第一换热单元13沿换热板1的长度和宽度方向阵列设置，第一凸起部131和第一凹陷部132沿换热板1的长度和宽度方向均阵列设置。在第二分区b内，多个第二换热单元14呈矩阵式排列，即多个第二换热单元14沿换热板1的长度和宽度方向阵列设置，第二凸起部141和第二凹陷部142沿换热板1的长度和宽度方向均阵列设置。参见图2所示，相邻的四个第一换热单元13的拐角处可以形成第一凹陷部132，相邻的四个第二换热单元14的拐角处可以形成第二凹陷部142，位于第一分区a的边缘且靠近第二分区b的第一换热单元的拐角，可以与位于第二分区边缘且靠近第一分区a的第二换热单元的拐角形成第一凹陷部或第二凹陷部。

示例性地，参见图6至图9所示，每一个第一换热单元13的第一凸起部131的数量可以为三个、四个、五个或更多个，相应地，每一个第二换热单元14的第二凸起部141的数量可以为三个、四个、五个或更多个，此处不作具体限定，以实际情况为准。同一换热板1中，第一换热单元13的第一凸起部131的数量和第二凸起部141的数量可以相同也可以不相同。

参见图1所示，本发明实施例提供的换热板包括流体进口11和流体出口12，流体可以经流体进口11进入相邻换热板1之间形成的换热腔内，换热腔内的流体可以经流体出口12流出换热腔。流体进口11和流体出口12可以设置在换热板1的任意位置，当然为了保证较长的换热路径和便于连接管路，流体进口11和流体出口12优选靠近换热板1的端部设置。

具体地，流体进口11包括相变流体进入口111和水进入口112，流体出口12包括相变流体流出口121和水流出口122，可以将相变流体进入口111和水进入口112靠近换热板1的沿第一方向的一端设置，相变流体流出口121和水流出口122靠近换热板1的沿第一方向的另一端设置，即相变流体和水在换热板1的两侧的流动方向相同；或者，相变流体进入口111和水流出口122靠近换热板1的沿第一方向的一端设置，水进入口112和相变流体流出口121靠近换热板1的沿第一方向的另一端设置，即相变流体和水在换热板1的两侧的流动方向相反，提高换热效果。当然，此处不作具体限定，以实际情况为准。相变流体可以为防冻液或冷却水等。

需要说明的是，本申请描述的冷凝工况下，起初时，相变流体为气态，气态相变流体流进相变流体换热腔，与水进行热交换后，气态相变流体逐渐液化为液态，最终从相变流体换热腔内流出的为液态相变流体。本申请描述的蒸发工况下，起初时，相变流体为液态，液态相变流体流进相变流体换热腔，与水进行热交换后，液态相变流体逐渐气化为气态，最终从相变流体换热腔内流出的为气态相变流体。优选地，在本发明提供的实施例中，在冷凝工况下，相变流体进入口111位于第一分区a的远离第二分区b的一端，相变流体流出口121位于第二分区b的远离第一分区a的一端，此时，不仅延长相变流体的流动路径，确保与水充分换热，而且，气态相变流体首先流经第一分区a，可以有效减小相变流体流动阻力。之后，相变流体流动至第二分区b时，液态相变流体的比例增大，可以有效增大相变流体的流动速度，强化相变流体和水换热。在蒸发工况下，可以将相变流体进入口111位于第二分区b的远离第一分区a的一端，相变流体流出口121位于第一分区a的远离第二分区b的一端，此时，不仅延长相变流体的流动路径，确保与水充分换热，而且，液态相变流体首先流经第二分区b，可以有效增大相变流体的流动速度，强化相变流体和水换热，之后，相变流体流动至第一分区a时，气态相变流体的比例增大，可以有效减小相变流体流动阻力。

为了便于描述，在换热板1上设置有相变流体进入口111的一端设置有水流出口122，在换热板1上设置有相变流体流出口121的一端设置有水进入口112，参见图1所示。

需要指出的是，第一分区a和第二分区b为换热板1的主要换热区，相变流体和水在对应第一分区a和第二分区b的位置进行充分热交换。如图1所示，在换热板1的对应的相变流体换热腔的一侧还设置有导流区c，导流区c与相变流体进入口111和水流出口122之间的间隙相对且靠近第一分区a远离第二分区b的一端边缘，同时，相变流体进入口111与导流区c之间设置有导流凹孔，导流区c用于将相变流体引流至水流出口122背离第一分区a的一侧。即进入相变流体进入口111的相变流体经导流凹孔后进入导流区c，导流区c内相变流体被引流至水流出口122背离第一分区a的一侧，从而使一部分相变流体流经水流出口122背离第一分区a的一侧，以避免该处形成换热盲区。

具体实施时，导流区c内可以设置多个弧形导流槽15，弧形导流槽15凹向相变流体进入口111，即弧形导流槽15靠近相变流体进入口111的一侧为凹侧，多个弧形导流槽15的延伸方向可以与相变流体进入口111的周向平行。多个弧形导流槽15沿背离相变流体进入口111的方向依次排布，具体的，多个弧形导流槽15可以相互平行设置，且多个弧形导流槽15之间设置有通槽，即一个弧形导流槽15内的相变流体可以经通槽流向相邻的另一个弧形导流槽15内。该实施例中，进入相变流体进入口111的相变流体可以经导流凹孔进入导流区c内，导流区c内相变流体流经多个弧形导流槽15以及多个弧形导流槽15之间的通槽，如此设置，可以使相变流体在导流区c内分布更加均匀，防止该区域内形成换热盲区。当然，导流区c内也可以设置多个沿直线延伸的导流槽，或者其他任意形状的导流槽，在此不作限定。

相应地，在换热板1的对应的水换热腔的一侧也设置有导流区，该导流区与水进入口112和相变流体流出口121之间的间隙相对且靠近第二分区b远离第一分区a的一端边缘，同样地，水进入口112与导流区之间设置有导流凹孔，导流区用于将水引流至相变流体流出口121背离第二分区b的一侧。即进入水进入口112的水经导流凹孔后进入导流区，导流区内水被引流至相变流体流出口121背离第二分区b的一侧，从而使一部分水流经相变流体流出口121背离第二分区b的一侧，以避免该处形成换热盲区。

在一种可能的实现方式中，沿着第一方向，第二分区b的尺寸D2与第一分区a和第二分区b尺寸之和D的比为1：10～1：2，以确保相变流体的流动速度，降低相变流体整体的流阻，有效降低相变流体的压降，保证换热性能。示例性地，D2与D的比值可以为1：10、1：8、1：6、1：5、1：4、1：3、1：2等，具体以实际情况为准。

在一种示例中，对照图8和图9，第一换热单元13的顶面形状和第二换热单元14的底面形状形同，第一换热单元13的底面形状和第二换热单元14的顶面形状相同，换句话说，同一换热板中，第一换热单元13和第二换热单元14关于换热板1所在表面对称设置，由此使得第一分区a和第二分区b关于换热板所在表面对称设置，如此，相变流体和水在换热板1的两侧形成的相变流体换热腔内和水换热腔内对称流动，提高了相变流体和水的流动稳定性。同时，便于换热板1的设计加工。

参照图3至图5所示，在图3示意出的换热板中，第一分区a的第一换热单元13的顶面形状和第二换热单元14的底面形状形同，第一换热单元13的底面形状和第二换热单元14的顶面形状相同。

在本发明提供的实施例中，为了使流体的流动更加顺畅，第一凸起部131与第一凹陷部132弧形过渡，且第二凸起部141与第二凹陷部142弧形过渡，如此流体沿着曲面流动，整体产生的阻力较小。当然，实际加工过程中，由于加工操作的原因，也可能使过渡面上存在一些棱角，该换热板1可以冲压成型结构。

在一种可能的实现方式中，第一凸起部131的顶面形成第一焊接区，第一凹陷部132的底面形成第二焊接区，第二凸起部141的顶面形成第三焊接区，第二凹陷部142的底面形成第四焊接区，第一焊接区、第二焊接区、第三焊接区或第四焊接区的形状为椭圆形、圆角三角形、圆角矩形或圆角菱形。椭圆形、圆角三角形、圆角矩形或圆角菱形的棱角较少，整体产生的阻力较小，可以保证流体流向改变的同时，尽量减少动能的浪费。

除上述之外，本发明实施例还提供一种换热器，包括多个层叠设置的换热板1，相邻的两个换热板1对称设置并形成换热腔，每一换热板1的两侧的换热腔用于流通不同介质。

为了便于描述，现将三个相邻的换热板1分别定义为第一换热板、第二换热板和第三换热板，其中第二换热板位于第一换热板和第三换热板之间，第二换热板与第一换热板对称设置，同时，第二换热板与第三换热板对称设置。另外，第一换热板、第二换热板和第三换热板沿第三方向依次层叠设置，第三方向与第一方向和第二方向均相垂直，现定义第三换热板远离第一换热板的一面为第三换热板的顶面，那么第三换热板靠近第一换热板的一面为第三换热板的底面。同样地，定义第二换热板远离第一换热板的一面为第二换热板的顶面，那么第二换热板靠近第一换热板的一面为第二换热板的底面。定义第一换热板的靠近第二换热板的一面为第一换热板的顶面，第一换热板的远离第二换热板的一面为第一换热板的底面。这种情况下，具体实施时，第二换热板的第一凸起部131的顶面与第三换热板的第一凸起部131的底面焊接，第二换热板的第二凸起部的顶面与第三换热板的第二凸起部141的底面焊接，如此，第二换热板与第三换热板之间形成换热腔。同时，第二换热板的第一凹陷部132的底面与第一换热板的第一凹陷部132的顶面焊接，第二换热板的第二凹陷部142的底面与第三换热板的第二凹陷部142的顶面焊接，如此，使得第二换热板与第一换热板之间形成换热腔，相变流体和水分别在第二换热板的两侧形成的换热腔内流动，从而实现相变流体和水热交换。

与现有技术相比，本申请提供的换热器的有益效果与上述换热板1的有益效果相同，此处不做赘述。

在一种可能的实现方式中，换热板1的第一分区a的两侧形成的换热腔的容积的比值为1:1.1～1:1.5，具体地，换热板1的第一分区a的两侧形成的相变流体换热腔与水换热腔的比值为1:1.1～1:1.5，以提升换热性能。示例性地，换热板1的第一分区a的两侧形成的相变流体换热腔与水换热腔的比值可以为1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4、1:1.5等。

在上述实施方式的描述中，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。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种换热板，其特征在于，包括流体进口和流体出口，所述换热板具有相对的顶面和底面，所述换热板上布置有沿第一方向排布的第一分区和第二分区；

所述第一分区内设置有多个矩阵式排列的第一换热单元，所述第一换热单元的顶面具有多个第一凸起部，所述多个第一凸起部之间围设形成第一凹陷部；

所述第二分区内设置有多个矩阵式排列的第二换热单元，所述第二换热单元的顶面具有多个第二凸起部，所述多个第二凸起部之间围设形成第二凹陷部；

所述换热板上所述第一分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积大于所述第二分区的顶面形成的相变流体换热腔的容积。

2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，沿着所述第一方向，所述第二分区的尺寸与所述第一分区和所述第二分区尺寸之和的比为1：10～1：2。

3.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述第一换热单元的顶面形状和所述第二换热单元的底面形状形同，所述第一换热单元的底面形状和所述第二换热单元的顶面形状相同。

4.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述第一凸起部与所述第一凹陷部弧形过渡；和/或，所述第二凸起部与所述第二凹陷部弧形过渡。

5.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述第一凸起部的顶面形成第一焊接区，所述第一凹陷部的底面形成第二焊接区；所述第二凸起部的顶面形成第三焊接区，所述第二凹陷部的底面形成第四焊接区；所述第一焊接区、第二焊接区、第三焊接区或所述第四焊接区的形状为椭圆形、圆角三角形、圆角矩形或圆角菱形。

6.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述流体进口包括相变流体进入口，所述流体出口包括相变流体流出口；

在冷凝工况下，所述相变流体进入口位于所述第一分区的远离所述第二分区的一端，所述相变流体流出口位于所述第二分区的远离所述第一分区的一端；

在蒸发工况下，所述相变流体进入口位于所述第二分区的远离所述第一分区的一端，所述相变流体流出口位于所述第一分区的远离所述第二分区的一端。

7.一种换热器，其特征在于，包括多个层叠设置的如权利要求1-8中任一项所述的换热板，相邻的两个所述换热板对称设置并形成换热腔，每一所述换热板的两侧的换热腔用于流通不同介质。

8.根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述换热板的第一分区的两侧形成的换热腔的容积的比值为1:1.1～1:1.5。