CN104329972A - 一种折流式热管换热器隔板及其热管换热器蒸发端结构 - Google Patents

一种折流式热管换热器隔板及其热管换热器蒸发端结构 Download PDF

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本发明涉及一种折流式热管换热器隔板，还涉及一种采用该热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构，其创新点在于：所述隔板本体表面设置有若干道相互平行的折流板，各道折流板具有一个紧贴隔板本体边缘的开口；所述隔板本体表面还开有一位于隔板本体边缘与最外侧折流板之间区域的层间介质通道。本发明的优点在于：采用上述具有折流板的隔板制作热管换热器时，隔板将换热器壳体分隔成数层空腔，流体在各层内空腔中通过折流板实现Z形紊流，在各层间空腔中实现层流；流体在空腔中不会出现短路现象，换热效果大大提升，且由于其结构特性，在制造时相较螺旋式更加容易，降低了制造成本。

Description

一种折流式热管换热器隔板及其热管换热器蒸发端结构
技术领域
本发明涉及一种热管换热器隔板，还涉及一种采用该热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构。 
技术背景
在船舶中制冷设备的使用较为频繁，不同制冷方法使用不同的设备，目前应用最广的是蒸气压缩制冷，主要设备有压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀。其中，以冷凝机应用范围最广。冷凝器的压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。 
热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，随着科技的进步自从被引入冷凝机制造行业，使得人们改变了传统冷凝机的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得冷凝即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。 
目前的船用热管换热器蒸发端结构中，壳程介质在换热器筒体6中通过折流板13的引导进行流动，其主要包括两种流动方式，如图1、2所示，第一种为S形或类似的折流，第二种为螺旋状涡流（参见图3）。第二种螺旋方式相较第一种在相同条件下换热效率提高30%左右，使其在各种换热场合得到广泛应用，但仍然存在一定的缺陷：在制造螺旋式导流通道过程中，其折流板在夹套结构中很难与两侧侧壁完全贴合，因此仍然存在介质短路的现象，因而影响了换热效率。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种换热效果好的折流式热管换热器隔板，还提供一种采用该热管换热器隔板制作的热管换热器蒸发端结构。 
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种折流式热管换热器隔板，包括隔板本体，隔板本体上均匀分布有若干热管管体安装孔；其创新点在于：所述隔板本体表面设置有若干道相互平行的折流板，各道折流板具有一个紧贴隔板本体边缘的开口；所述隔板本体表面还开有一位于隔板本体边缘与最外侧折流板之间区域的层间介质通道。 
优选的，所述层间介质通道为一延伸至隔板本体边缘及最近侧折流板边缘的扇形结构。 
优选的，所述折流板的一端延伸至隔板本体一侧边缘，另一端距隔板本体另一侧边缘一定的距离形成开口。 
一种采用上述折流式热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构，其创新点在于：包括筒体，若干内置于筒体中的热管管体，以及至少两个或以上同轴设置的隔板；所述各隔板沿筒体轴向同轴分布在筒体内，且相邻隔板的层间介质通道错开设置；所述筒体通过隔板分隔成数层空腔，各层间空腔通过隔板上的层间介质通道连通，各层的空腔自身通过折流板分隔形成一个Z形层内介质紊流通道。 
优选的，所述隔板本体为圆形，层间介质通道为扇形截面；各折流板开口宽度与隔板本体半径的关系为：B=0.52r~0.63r；各相邻折流板间距与隔板本体半径的关系为：L=0.61r~0.65r；相邻隔板本体之间的间距与隔板本体半径的关系为：H=1.22 r~1.26r；层间介质通道的截面积与隔板本体开口截面积的关系为：S层=S开；其中，B为折流板开口宽度，r为隔板本体的半径， H为相邻隔板本体之间的间距，S层为层间介质通道的截面积，S开为隔板本体开口截面积。 
本发明的优点在于：采用上述具有折流板的隔板制作热管换热器时，隔板将换热器壳体分隔成数层空腔，流体在各层内空腔中通过折流板实现Z形紊流，在各层间空腔中实现层流；流体在空腔中不会出现短路现象，换热效果大大提升，且由于其结构特性，在制造时相较螺旋式更加容易，降低了制造成本。 
在制作热管换热器时，隔板之间的间距以及各折流板间距、开口均选择合适的尺寸关系，使得流体在折流板分隔形成一个Z形层内介质紊流通道内流动更加顺畅，进一步提升换热效果。 
附图说明
图1为传统热管换热器壳程介质的一种折流方式示意图。 
图2为传统热管换热器壳程介质的另一种折流式示意图。 
图3为传统热管换热器壳程介质的一种涡流方式示意图。 
图4为本发明中热管换热器隔板一种结构的示意图。 
图5为本发明中热管换热器蒸发端结构示意图(未示出折流板)。 
图6为图5中沿A-A线断面图。 
图7为图5中沿B-B线断面图。 
图8为图5中沿C-C线断面图。 
具体实施方式
本发明公开了一种热管换热器隔板结构，如图4所示，其包括隔板本体11，在隔板本体11上均匀分布有若干热管管体安装孔12，隔板本体11表面设置有若干道相互平行的折流板13，各道折流板13具有一个紧贴隔板本体11边缘的开口；隔板本体11表面还开有一位于隔板本体11边缘与最外侧折流板13之间区域的层间介质通道14。 
作为本发明具体的实施方案：折流板13的一端延伸至隔板本体11一侧边缘，另一端距隔板本体11另一侧边缘一定的距离形成开口；层间介质通道14为一延伸至隔板本体11边缘及最近侧折流板13边缘的扇形结构。 
本发明还公开了一种采用上述热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构，如图5所示，其包括筒体2，若干内置于筒体2中的热管管体（图中未示出），以及至少两个或以上用于安装、定位热管管体并对筒体2内工质进行导流的隔板1，各隔板1在筒体2内同轴设置；各隔板1沿筒体2轴向同轴分布在筒体2内，且相邻隔板1的层间介质通道14错开设置。筒体2上设置有进液口21和出液口22，其中，进液口21在下，出液口22在上。 
作为本发明更具体的实施方式，本实施例中，隔板1的数量为3个，如图6、7、8所示，自上而下依次为第一隔板1a、第二隔板1b、第三隔板1c。筒体2通过第一隔板1a、第二隔板1b、第三隔板1c分隔成四层空腔，各层间空腔通过隔板1上的层间介质通道14连通，各层的空腔自身通过折流板13分隔形成一个层内介质紊流通道。隔板1中折流板13的数量为两个，分别为第一折流板、第二折流板。本领域技术人员应当了解，隔板1上的折流板一直延伸至其上或其下方隔板的表面，避免流体在层内介质紊流通道流动时出现短路现象。 
作为本发明更具体的实施方式：本实施例中，隔板本体11为圆形，层间介质通道14为扇形截面。为了使得介质在层内介质紊流通道内流动更加顺畅，隔板之间的间距以及各折流板间距、开口均选择合适的尺寸关系： 
各折流板13开口宽度与隔板本体11半径的关系为：B=0.52r~0.63r；各相邻折流板13间距与隔板本体11半径的关系为：L=0.61r~0.65r；相邻隔板本体11之间的间距与隔板本体11半径的关系为：H=1.22 r~1.26r；层间介质通道14的截面积与隔板本体11开口截面积的关系为：S层=S开；其中，B为折流板开口宽度，r为隔板本体的半径， H为相邻隔板本体之间的间距，S层为层间介质通道的截面积，S开为隔板本体开口截面积。
作为本发明更具体的实施方式，本实施例中，隔板本体11半径为600mm，折流板13开口宽度B为330mm，各相邻折流板13的间距L为380mm，相邻隔板本体11之间的间距H为750mm，层间介质通道14的截面积S层为2.475*105mm2。 
以下为本实施例热管换热器蒸发端与传统螺旋式热管换热器的蒸发端温度对比（采用相同的壳体容积和热管容积）：将传统螺旋式热管换热器蒸发端以及热管换热器蒸发端自进液侧向出液侧，4层空腔中心依次命名为1~4#测温点。 
  进液口 1# 2# 3# 4# 出液口
传统方案 49.89 49.46 48.68 47.48 46.42 45.18
本实施例 49.83 49.00 47.69 45.32 43.15 41.83
注：温度值单位均为摄氏度（℃） 
以下为本实施例热管换热器蒸发端与传统螺旋式热管换热器的蒸发端，在未与热管热交换状态下管道压力损失、进出水口的温度值对比：
从上表中我们看到，传统螺旋式热管换热器与本发明方案在不进行热交换时，热损相差不大，其管道损失相差较小。 
结论：本发明中热管换热器相较传统螺旋式热管换热器换热效果有明显提升，而虽然对介质在筒体内的流向重新进行了设计，但其管道损失相差不大，因此，不会增加介质循环泵的功率，避免能耗增加。 

Claims (5)

1.一种折流式热管换热器隔板，包括隔板本体，隔板本体上均匀分布有若干热管管体安装孔；其特征在于：所述隔板本体表面设置有若干道相互平行的折流板，各道折流板具有一个紧贴隔板本体边缘的开口；所述隔板本体表面还开有一位于隔板本体边缘与最外侧折流板之间区域的层间介质通道。
2.根据权利要求1所述的折流式热管换热器隔板，其特征在于：所述层间介质通道为一延伸至隔板本体边缘及最近侧折流板边缘的扇形结构。
3.根据权利要求1所述的折流式热管换热器隔板，其特征在于：所述折流板的一端延伸至隔板本体一侧边缘，另一端距隔板本体另一侧边缘一定的距离形成开口。
4.一种采用权利要求1所述折流式热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构，其特征在于：包括筒体，若干内置于筒体中的热管管体，以及至少两个或以上同轴设置的隔板；所述各隔板沿筒体轴向同轴分布在筒体内，且相邻隔板的层间介质通道错开设置；所述筒体通过隔板分隔成数层空腔，各层间空腔通过隔板上的层间介质通道连通，各层的空腔自身通过折流板分隔形成一个Z形层内介质紊流通道。
5.根据权利要求4所述热管换热器隔板制造的热管换热器蒸发端结构，其特征在于：所述隔板本体为圆形，层间介质通道为扇形截面；
各折流板开口宽度与隔板本体半径的关系为：B=0.52r~0.63r；
各相邻折流板间距与隔板本体半径的关系为：L=0.61r~0.65r；
相邻隔板本体之间的间距与隔板本体半径的关系为：H=1.22 r~1.26r；
层间介质通道的截面积与隔板本体开口截面积的关系为：S层=S开；
其中，B为折流板开口宽度，r为隔板本体的半径， H为相邻隔板本体之间的间距，S层为层间介质通道的截面积，S开为隔板本体开口截面积。
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