CN103759474B - 板式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种板式换热器。该板式换热器包括多个相互叠置在一起的换热板，每一换热板包括沿着其纵长方向分别位于相对的两端处的流体入口和流体出口。每一换热板的上表面和／或下表面上设置有阻隔部，使得来自流体入口的流体在流体入口处分流，之后流入到由所述阻隔部分隔开的相互独立的流体通道区中且在流体出口处汇聚，并最终从流体出口流出。

Description

板式换热器
技术领域
本发明涉及暖通空调、汽车、制冷以及运输领域，尤其涉及板式换热器。
背景技术
对于平行通道的换热器(蒸发器)而言，尤其是板式换热器和微通道换热器，制冷剂的分液不均(mal-distribution)是世界性的技术难题。通常进入换热器的制冷剂是以两相的形式存在的，由于应用条件和两相流动的复杂性，很难实现制冷剂的均匀分配。很多情况下，一些通道中会流入过量的液态制冷剂，而另一些通道中会流入过多的气态制冷剂，这样就大大的影响了蒸发器的整体性能。
然而，由于换热板太宽以至于这样大的换热板很难获得好的流体分配，例如沿着换热板的纵长方向。因此，确有需要提供一种能够至少部分地解决上述问题的新型的板式换热器。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本发明的一个方面，提供了一种板式换热器。该板式换热器包括多个相互叠置在一起的换热板，每一换热板包括沿着其纵长方向分别位于相对的两端处的流体入口和流体出口，
每一换热板的上表面和／或下表面上设置有阻隔部，使得来自流体入口的流体在流体入口处分流，之后流入到由所述阻隔部分隔开的相互独立的流体通道区中且在流体出口处汇聚，并最终从流体出口流出。
在一个实施例中，所述阻隔部包括在流体入口处分流流体的阻隔条和与之连接的纵长块。
具体地，所述纵长块被设置成下述三种方式中的一种：
大体平行于所述换热板的纵长方向；
相对于所述换热板的纵长方向倾斜；
在所述换热板的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。
在另一个实施例中，所述阻隔部包括从流体入口延伸至靠近流体出口的至少一个阻隔条。
具体地，所述阻隔条被设置成下述三种方式中的一种：
大体平行于所述换热板的纵长方向；
相对于所述换热板的纵长方向倾斜；
在所述换热板的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。
具体地，在流体入口处所述阻隔条布置成相对于垂直于换热板的纵向方向的方向成-45°至45°的角度范围内，其中所述阻隔条是直线型的或是弯曲的。
具体地，所述流体入口在换热板的所述上表面和／或下表面的左端上侧，而所述流体出口在该换热板的该表面的右端上侧或下侧。
具体地，所述流体入口处设置有流体分配器，所述流体分配器具有用于容纳来自流体入口的流体的中间腔体和穿透流体分配器将流体从所述中间腔体引导出的至少两个引导部。
具体地，所述至少两个引导部包括穿透流体分配器的主体的通孔、管道和沟道中的任一种或它们的任意组合。
具体地，所述管道包括分别将流体引入到不同的流体通道区中的管子和／或毛细管。
具体地，所述沟道一体或分体地形成在所述换热板上。
具体地，所述流体分配器包括环形主体，所述引导部从外侧穿透所述环形主体。
具体地，所述板式换热器还包括端板，所述端板设置在换热板的外侧面上用于固定所述换热板。
具体地，所述换热板的所述表面上设置有用于进行流体分配的结构图案。
具体地，所述表面上设有规则地排布的多个凹坑或突出。
具体地，所述表面上设置有多个人字形的交替地布置的沟槽和脊。
本发明的主要构思主要基于以下方面：
1)将一个大的换热板分隔成大体平行地延伸的几个段或通道区域；
2)关于板式换热器的流体分配，将换热板分隔后其宽度越窄，流体分配越好；
3)流体可以在板式换热器的一个端口进入并且借助于根据本发明所述的流体分配器引导到要求区域。
本发明的上述的方面中的至少一些方面实现了以下技术效果：
1)在没有对换热板的宽度进行限制或约束的情况下，实现了良好的流体分配；
2)在没有损失强度的情况下使用了凹坑技术，对于降低成本更具竞争力；
3)根据本发明所述的经过特殊设计的流体分配器可以提供一致且稳定的过程和性能。
附图说明
本发明的这些和／或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的板式换热器中的换热板的一个示例的视图；
图2是根据本发明的板式换热器中的换热板的另一示例的视图；
图3是根据本发明的板式换热器中的与图1或2显示的换热板相邻的换热板的视图；
图4是图1所示的矩形框的放大视图；
图5是根据本发明的板式换热器中的换热板的另外的示例的视图；
图6是根据本发明的板式换热器中的换热板的另外的示例的视图；
图7是根据本发明的板式换热器中的换热板的另外的示例的视图；
图8a-8d是根据本发明的板式换热器中的换热板的所使用的流体分配器的多个示例的视图；
图9a-9b分别示出了使用流体分配器的换热板的两个示例的视图；和
图10a示出了根据本发明的换热板的一部分的视图，图10b是图10a的一部分的放大视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图1-10b，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
参见图1，示出了根据本发明的一个实施例的板式换热器中的一个换热板10的正视图。如本领域技术人员所公知的，板式换热器包括多个相互叠置在一起的换热板10，和设置在板式换热器的外侧面上的端板(未示出)，用于固定所述换热板10。即，通过两个端板将叠置在一起的多个换热板10组装在一起，例如通过螺杆紧固、螺纹连接或焊接连接等方式。通常相邻的两个换热板10交替叠置在一起，以形成用于流体通过的流体通道或单个流体通道区。显然，上述安装方式仅是一个示例，可以采用任何现有技术中已知的方式来固定本发明的换热板。
鉴于本发明的主要改进之处在于板式换热器中的换热板，故关于端板和固定方式等结构不再详细描述。本领域技术人员可以根据需要依据现有技术进行设置。
该换热板10包括沿着其纵长方向分别位于相对的两端(例如图示的左上角和右上角)处的流体入口1和流体出口2。为了获得更好的流体分配，本示例的换热板10的上表面(即图示的表面)上设置一个阻隔部，其将换热板10的表面分隔成两个独立的流体通道区3和4。该阻隔部包括在流体入口1处分流流体的阻隔条8和与之连接的纵长块7。这样，来自流体入口1的流体(例如制冷剂，由图示的箭头所示)首先被阻隔条8分流，之后分别流入到两个流体通道区3和4中且在流体出口2处汇聚，并最终从流体出口2流出。在此需要说明的是，流体通道区3和4是彼此独立的，也就是流体在经过阻隔条8分流后，在各自的流体通道区3和4中流动彼此不混合，只有在流体出口2附近才混合，并最终从该流体出口2流出。
需要说明的是，阻隔条8不一定是直线型的，而且可以选择成与换热板10的竖直方向(即图示的上下方向，其垂直于换热板10的纵长方向)成-45°至45°的角度范围内。为了促进流体分配，该阻隔条8可以设置成如图所示的向左略微倾斜的或弯曲的形式。
流体入口1设置在换热板10的左端上侧(例如左上角)处，流体出口2设置在换热板10的右端上侧(例如右上角)处。本领域技术人员应当明白，为了与相邻的换热板配合，换热板10上还设置有端口5和6；然而，端口5和6在换热板10的图示的上表面上的流体分配意义上并不起作用或不相关，因此在下述中对其不再详细描述。
为了获得使得流体通道区3和4内的流道相互独立或流体在从流体入口1分流后不在中途混合，通常设置成阻隔条8与纵向块7密封连接。
从图1可知，流体在流体入口1处被分成两个分支。所述两个分支首先被整体上略微向下倾斜。之后一个分支被向右引导经过流体通道区域3；而流体的另一分支被从流体入口1向左下侧引导(例如经过端口5与换热板10的左侧边缘之间的区域之后，被向右引导到流体通道区域4。所述两个分支在流体出口2处汇聚，并从流体出口2流出。
虽然在图1中示出纵长块7大体平行于所述换热板10的纵长方向(即图1所示的左右方向)，但是本领域技术人员可以根据需要将其设置成相对于所述换热板10的纵长方向倾斜成预定的角度(例如相对于垂直于换热板的纵向方向的方向成-45°至45°的角度范围内，比如30°)，或在所述换热板10的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。
可以理解，可以在换热板10的另一表面(与上述的上表面相对，即下表面)上同样设置这样的阻隔部；在换热板10上可以根据需要具体设置阻隔部的数量而不限于图示的情形；还可以根据其他方式来形成上述的阻隔部而不限于图示的结构。
如图2所示，流体入口1被设置在换热板10的左上角处，而流体出口2被设置在换热板10的右端下侧(例如右下角)处。由于流体出口2的位置设置不同于图1所示的情形，故除流体流向(如图2中的箭头所示)不同于图1所示的之外，其他均与图1所示的结构相同，在此不再详细描述。
在图1和2中，阻隔条8和纵向块7之间没有直接密封连接而是借助于端口5的密封边缘进行阻隔流体。当然，如果没有设置端口5或在其他情况下，可以直接密封连接阻隔条8和纵向块7。
如图3所示，示出了与上述的换热板10配合或相邻的另一换热板20。可以理解，为了与换热板10相配合，在该换热板20的四个角处分别设置了相应的端口25、26，该端口25、26被设置成不能使得流体从其中流过。为了在该换热板20上引导流体(例如水)，分别在其左右两端的中间处设置流体入口21和流体出口22。如图所示，来自第二流体入口21的流体被经过换热板20的表面直接引导至第二流体出口22，其上并未设置如上所述的阻隔部。当然，本领域技术人员可以根据需要，依据上述的公开内容在换热板20上设置类似的阻隔部。
参见图4，示出了图1中的换热板10的一部分的放大视图。如图所见，换热板10的上表面的大部分都设置有图示的凹坑结构图案，其用于帮助进行流体分配。可以明白，在换热板10的一个表面(例如上表面)上设置有上述的大致半球形的凹坑图案结构时，而换热板10的另一表面(例如下表面)上就会相应地设置与上述的大致半球形的凹坑对应的突起结构。上述的凹坑图案结构的形式和相邻凹坑之间的间距、大小可以根据需要进行布置。当然，如果可以的话，上述的凹坑11和凸起的图案结构还可以由现有技术中已知的人字形图案的沟槽和脊来代替。当然，本发明还可以应用于点波式图案的换热板。
图5示出了本发明的换热板的另一示例。显然图5所示的换热板30与上述的换热板10的不同之处在于，通过采用阻隔条37、38(即两个阻隔部)将换热板30从流体入口31起分隔成三个流体通道区331、332、333。阻隔条37从左上角处的流体入口31延伸至在右上角处的流体出口32附近的区域。另一阻隔条38从流体入口31经过左侧中间处的端口35的左侧并经由在左下角处的端口35’之后，延伸至右侧中间处的端口36与右下角处的流体出口33之间的区域。如图中箭头所示，来自流体入口31的流体分成三部分，分别在三个流体通道区域331、332、333中流动。当然，还可以基于同样的原理，设置多个阻隔部，将换热板30分隔成包括4个、5个或甚至更多个的流体通道区。如上所述，阻隔条37、38可以设置成大体平行于所述换热板30的纵长方向(即是直线型的)、相对于所述换热板30的纵长方向倾斜，或在所述换热板30的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。另外，流体出口32、33可以根据需要设置成2个或1个。
图6示出了本发明的换热板40的另一示例。阻隔条47从换热板40的左上角处的流体入口41延伸至右上角的流体出口42和右下角的端口46之间的区域。这样，如图中的箭头所示，流体被阻隔条的折弯部471分流成两个部分，分别沿着图示的箭头在由阻隔条47所隔开的两个流体通道区43和44中流动，并最终汇合后从流体出口42流出。同样，也设置了与相邻的换热板配合的端口45和46。
图7示出了本发明的换热板50的另一示例。两个阻隔条57分别从换热板50的左上角处的流体入口51延伸至右上角的流体出口52和右下角的端口56之间的区域，但是所述两个阻隔条57之间间隔开预定距离设置。这样，如图中的箭头所示，流体被分成三个部分，分别在所形成的三个流体通道区域53、54、59中流动，并最终从流体出口52流出。同样，也设置了与相邻的换热板配合的端口55和56。
如上所述可知，不论是阻隔条还是纵长块的方式将换热板设置成具有至少两个独立的流体通道区，以改善流体分配效果。
在图1-7中都使出了换热板的表面上设置由凹坑或突起的形式，具体不再详细描述。
虽然上述的图1-7中所显示的换热板上没有设置流体分配器，但是可知在需要更好地进行流体分配或没有流体分配装置不能将流体引导至需要的传热区域的情况下，可以采用下述各种形式的流体分配器。也就是，优选的，将上述的阻隔部和流体分配器组合地用在本发明中。
如图8a-8d所示，示出了根据本发明所述的流体分配器60的一个示例。该流体分配器60具有主体61和位于主体61内部用于容纳流体的中间腔体62。另外，该流体分配器60还具有穿透流体分配器60的将流体从中间腔体62引导出的至少两个引导部63、64。如图所示，所述主体61为大致环形或圆环形，但是其还可以设置成方形、矩形、椭圆形等各种可行的形状。引导部可以设置成从外面穿透主体61至中间腔体62的通孔63或管道64的形式。该管道64可以是管子或毛细管，用于将流体引导到不同的流体通道区域内。图8a示出了成一个通孔63和一个管道64形式的引导部。图8b示出了成一个通孔63和三个管道64形式的引导部。图8c示出了成一个通孔63和五个管道64形式的引导部。图8d示出了成三个通孔63形式的引导部。可以理解，可以根据需要选择引导部的具体形式，例如通孔、管道和沟道，或它们的任意组合。
图9a和9b分别示出了换热板的一部分的放大视图，其中示出了引导部的不同示例。在图9a中，示出了通过诸如管道72、73的两个引导部将来自流体入口71的流体引导到不同的流体通道区域的示例。从图9a和9b可知，两个引导部都被设置成大体向下或向左下侧延伸，以便于更好地分配流体。
在图9b中，示出了通过诸如沟道82、83的两个引导部将来自流体入口81的流体引导到不同的流体通道区域的示例，其中沟道82、83被一体形成在换热板上。可以理解，虽然在图9a和9b中仅示出了具有两个引导部的情形，本领域技术人员可以明白设置多个类似的引导部的情形。
图10a和10b分别示出了根据本发明的换热板的一部分的局部视图和放大视图。在图10a中，示出了成一个通孔63和一个管道64的引导部的流体分配器用在本发明的换热板中的示例。如图中的箭头所示，通过阻隔部107将换热板分隔成两个流体通道区105和106。如在图10b的放大视图中所清楚地看到的，通过通孔63引导的流体(即图示的左侧的流体)遇到阻隔部107的左侧边界时返回，继而向上流动直至流到流体出口。通过长的管子或毛细管64将流体引导到阻隔部107右侧的流体通道区域106(即形成了图示的右侧的流体)，其遇到阻隔部107的右侧边界时返回，继而向上流动直至流到流体出口。需要说明的是，流体遇到换热板的边界时也会返回而向流体出口流动。如图10a所示，还可以在换热板的左右两侧底部附近处设置阻隔条108和109，以进一步增强流体分配的效果。阻隔部107包括纵长块或阻隔条104。
虽然在上述的多个实施例中示出本发明的换热板的多个结构特征，但是应当明白本领域技术人员可以组合不同实施例中的所述多个结构特征以形成新的实施例，这应当理解为包含在本发明的保护范围内。
以上仅为本发明的一些实施例，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (13)

1.一种板式换热器，包括多个相互叠置在一起的换热板，每一换热板包括沿着其纵长方向分别位于相对的两端处的流体入口和流体出口，
其特征在于，
每一换热板的上表面和/或下表面上设置有阻隔部，该阻隔部将所述换热板的表面分隔成至少两个相互独立的流体通道区，使得来自流体入口的流体在流体入口处分流，之后流入到所述相互独立的流体通道区中且在流体出口处汇聚，并最终从流体出口流出，
其中所述阻隔部大体沿着所述换热板的纵长方向延伸并且与流体入口一侧的换热板的侧壁连接，
所述流体入口处设置有流体分配器，所述流体分配器具有用于容纳来自流体入口的流体的中间腔体和穿透流体分配器将流体从所述中间腔体引导出的至少两个引导部，通过所述引导部将来自流体入口的流体引导到所述相互独立的流体通道中。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，
所述纵长块被设置成下述三种方式中的一种：
大体平行于所述换热板的纵长方向；
相对于所述换热板的纵长方向倾斜；
在所述换热板的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。
3.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，
所述阻隔条被设置成下述三种方式中的一种：
大体平行于所述换热板的纵长方向；
相对于所述换热板的纵长方向倾斜；
在所述换热板的纵长方向上具有弯曲的或蜿蜒的形状。
4.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，
在流体入口处所述阻隔条布置成相对于垂直于换热板的纵向方向的方向成-45°至45°的角度范围内，其中所述阻隔条是直线型的或是弯曲的。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的板式换热器，其特征在于，
所述流体入口在换热板的所述上表面和/或下表面的左端上侧，而所述流体出口在该换热板的该表面的右端上侧或下侧。
6.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，
所述至少两个引导部包括穿透流体分配器的主体的通孔、管道和沟道中的任一种或它们的任意组合。
7.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，
所述管道包括分别将流体引入到不同的流体通道区中的管子和/或毛细管。
8.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，
所述沟道一体或分体地形成在所述换热板上。
9.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，
所述流体分配器包括环形主体，所述引导部从外侧穿透所述环形主体。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的板式换热器，其特征在于，
还包括端板，所述端板设置在换热板的外侧面上用于固定所述换热板。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的板式换热器，其特征在于，
所述换热板的所述表面上设置有用于进行流体分配的结构图案。
12.根据权利要求11所述的板式换热器，其特征在于，
所述表面上设有规则地排布的多个凹坑或突出。
13.根据权利要求11所述的板式换热器，其特征在于，
所述表面上设置有多个人字形的交替地布置的沟槽和脊。
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