CN1851376A - 板管式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明为新型的工质汽液相变换热器。为了解决壳管式换热器体积大、换热效率低、耗水量大和板式换热器内容积很小、水道易堵塞、工质分配不均使产汽量下降等问题，本方案设计了一种以板管单元组合为特点的相变换热器。板管结构的主要功能是：在板管的工质换热面上，冷凝时不会形成影响换热效率的厚液膜，蒸发时又能不断供给易于蒸发的薄液膜。水侧与板式结构相似，有很高的换热系数，而且水道间距较大。板管单元组合构成相变管群，由于相变性好，适应水的温度范围大，多管并行工作，从而使工质汽液相变时压力损耗更小，换热效率更高，节省用水量。其节能、节水的优越性，可广泛应用于各种水源热泵中，尤其是在地源热能的利用上可获得良好的效益。

Description

板管式换热器

技术领域

本发明为工质汽液相变类换热器范畴，是一种新颖的板管式换热器。

技术背景

本换热器是实现高效汽液相变的换热设备。现有的相关换热器主要有两大类，即壳管式和板式。他们用于汽液相变换热时，壳管式换热器体积大、换热系数低、耗水量大；板式换热器内容积很小，不能贮存工质液体，水道容易堵塞，作为蒸发器使用时，制冷剂分配不均会造成产汽量减少。本发明方案克服或改善了以上缺点，使工质汽液相变时压力损耗更小和换热效率更高，并且允许进出换热器的水温差大而节省用水量。

发明内容

本发明是在现有技术的基础上，构造一种板管单元组合为特点的相变换热体。其中每一列板管单元由两块相同的传热波形板以波顶对接并与框架焊接而成，该列板管单元的每条板管在两块波形板对接处形成两条边沟，除边沟外，板管内表面上有许多微细的倒“V”形平行齿条槽，槽为台形，齿为直角三角形。多列板管单元以相邻两列波面等距方式排列而构成板管单元组合。在各列板管单元之间、有波形与其垂直、呈网状点接触的水板，两外侧则为主压板、其内壁面有与水板一致的波面。n列板管单元组合由主压板固定，并***n-1块水板，这种组合便构成板管式相变换热体。用于工质冷凝或蒸发相变换热时，板管就是工质的相变管。

作为蒸发相变管使用时，在每条管内两边沟处加装吸液芯薄片，片长与管长相同，宽度至槽面的边缘。管的边沟与吸液芯薄片构成工质的毛细泵通道，与所有的槽面相通。

相变管的工作状态分为两种情况：在冷凝工作状态时，在管内热交换面上所形成的冷凝液体，在蒸汽压力和液体重力作用下向齿坡面的外缘流动，由于齿条较短，所连通的垂直边沟非常畅通，冷凝液体在相变管内滞留的时间很短，不会在热交换面上形成厚的液膜，因而对后续蒸汽的相变效率影响很小；在蒸发工作状态时，在管的两条边沟加装有吸液芯，由于吸液芯片显著增加了表面张力面，使边沟与吸液芯所构成的毛细通道具有较大的毛细泵提升能力。在低压吸力和槽面表面张力的作用下，毛细通道的液体流入槽面，形成不断蒸发的工质液膜，因而使产汽量增大。

在相变换热体中，多列相变管构成相变管群，使工质在这些相变性好的管群中多路并行工作，从而降低了工质的压力损耗。

水侧由于其水道的不等距结构，水流速在较大范围内变动时都能形成受迫紊流和小的水力直径旋涡，保证有较高的热传递效率。同时，由于相变换热体的结构容许水道间距比现行板式的间距大，因而对水质的要求相应降低。

相变管和承压强的水板由于支撑点多，在工质—水的压差大时，对相变换热体内部流道间距的影响很小，从而能保证大面积高耐压的需要。

基于相变管结构，由于有效热交换面受液态工质影响小，无须通过提高换热面两侧工质—水的温差来维持一定的换热量，因而相变换热体的进出水温差可以较大，通过***的相关信号对用水量进行调控。

连接在相变换热体上(或下)端面上的工质入口腔盖为一渐扩腔体。安装在上端时，使冷凝蒸汽均匀分配进入相变管群；安装在下端时，使蒸发液体充满腔内并使液面超过相变管群的入口。

连接在相变换热体另一端面上的过冷(热)器的结构是：在一个长方体的腔内安装有多根多层换热管，其腔体与相变管群工质出口相接。长方体腔内换热管外流动相变后的工质液(或汽)体，并与换热管内水流进行热交换，从而达到工质循环所需的过冷(或过热)。

工质的流动方向，无论是冷凝还是蒸发，总是由工质入口腔盖进入，经过相变换热体，再从过冷(热)器流出。

在有工质通道的部件装配完成后，***水板并安装外侧水路部件，即水接口腔盖和导流腔盖。

水的流动方向是：由水接口腔盖的入口进入，经过过冷(热)器的换热管，再通过导流腔盖进入相变换热体水道，最后从水接口腔盖的出口流出。

工质入口腔盖、相变换热体、过冷(热)器以及水接口腔盖、导流腔盖的组合便构成板管式换热器。工质与水在换热器内逆向流动，换热器直立安装。

板管式换热器在有循环利用的水作为排热源和热源的条件下，由于其节能、节水的优越性，必将广泛应用于各种规格的水源热泵中，尤其是在地源热能的利用上可获得很好的效益。

附图说明

现以4块管板单元为例，说明板管式换热体图1各个部件的装配结构。相变换热器1是由板管单元以波面等距方式排列，各单元之间***水板，外侧为主压板2，通过两对螺杆3连接而成。相变换热体上下端面连接工质入口腔盖4和过冷(热)器5，前后侧面连接水接口腔盖6和导流腔盖7。

板管单元图2中，两块波形板1对接并与框架2焊接，焊接处为钝角三角形槽6，波形板对接处为边沟3，除边沟外，波形板内壁面上有倒“V”形平行弧齿槽4，占内壁面的三分之二，在蒸发使用时边沟处加装吸液芯片5。

水板图3由波形板1和两波边的加强条2连接而成。

倒“V”形平行弧齿槽面局部放大如图4所示，倒“V”形夹角为120度，齿形为直角三角形，槽底壁厚0.30mm，槽底宽0.38mm，槽间距0.55mm，平均壁厚0.36mm。

具体实施方式

一列板管单元是组成换热体的基本组件。它是由两块传热耐腐蚀的不锈钢薄板经加工成相同的正弦波形板和起固定密封作用的不锈钢框架所构成。波形板采用低碳不锈钢薄板(钢号00Cr17Ni14Mo2等)，板厚0.36mm(允许在一定范围内变动，以下数据同)，一次挤压成形为带槽面的正弦波形板：波长15mm，波高5mm，内波面上加工有倒“V”形平行弧齿槽，齿为直角三角形，槽底壁厚0.30mm，槽底宽0.38mm，槽间距0.55mm，平均壁厚0.36mm，倒“V”形夹角为120度，弧槽面占波面的2/3。两块波形板的波顶线对接，弧槽面相对，板边与框架焊接密封，构成上下开口的一列板管。每根板管管长400mm，每列管数20根，可按不同管长和管数加工成不同热交换量大小的档次系列组件。板管内壁面在两块波形板的接触处形成两条边沟，除边沟外则为倒“V”形弧槽面。作为蒸发相变管使用时，在各管内两边沟处加装吸液芯，可用不锈钢薄片制成。

水板是与板管构成水道的承压部件，用表面光滑承压强度好的硬质厚铝板加工成波形板，并在两波边用加强条加固。波形为正弦形，波长和波高与构成板管的波形板相同，板厚为5mm。水板***各板管单元之间，并在每块水板的上、下方形成出、入水通道，通道左右等距波面间的宽度为水板板厚加两倍波高之和，高度为其宽度的两倍。板管单元组合的两外侧为主压板，以构成板管外侧水道。

根据所需换热量的大小，选用某一档次的若干个板管单元组件，以波面等距方式排列，用一对主压板通过四根螺杆将这些组件框架上下框边压紧(压紧处密封处理)。

换热体上下安装面用高压密封条密封，分别安装预制好的过冷(热)器和工质入口腔盖，在***支撑水板后可对工质通路进行压力测试和检漏。

最后在换热体入水口侧面安装导流腔盖、出水口侧面安装水接口腔盖并分别用密封条密封，再进行漏水检测。

蒸发器工作时必须保证工质液面超过相变管下端入口，使管内毛细泵起作用。

调控水流速信号可取出口水温信号，以控制入水阀门或调频水泵。

Claims (8)

1.一种板管式结构的相变换热体(图1.1)，其特征在于：由两块传热波形板构成一列板管单元(图2)，多列板管单元以波面等距方式排列，单元之间***波面与其垂直、呈网状接触的承压水板(图3)，外侧用内波面与水板一致的主压板(图1.2)固定，水板、主压板与板管之间构成水道，上下留有出、入水通道。板管是工质的相变管，换热体直立安装。

2.根据权利要求1所述的传热波形板(图2.1)，其特征在于：波面上有许多微细的倒“V”形平行齿条槽(图2.4)，槽为台形，齿为直角三角形(图4)，齿槽面约占该波面的三分之二。

3.根据权利要求1所述的一列板管单元，其特征在于：由两块权利要求2所述的传热波形板以波顶对接、槽面相对、板边与框架(图2.2)在结合边槽6(图2.6)焊接密封而构成上下开口的一列板管，板管内在对接处形成边沟(图2.3)。

4.根据权利要求1和3所述的板管，其特征在于：用于蒸发工作时所有板管内边沟处加装吸液芯薄片(图2.5)，片长与管长相同，片宽至槽面边缘。

5.根据权利要求1所述的水板(图3)，其特征在于：用表面光滑、承压好的较厚轻质材料加工成波形板(图3.1)，波形、波长和波高与权利要求2所述的传热波形板一致，两条波边用加强条(图3.2)加固。

6.根据权利要求1所述的相变换热体，其特征在于：在换热体的上(或下)端连接有工质入口腔盖(图1.4)，其结构为一渐扩腔体。

7.根据权利要求1所述的相变换热体，其特征在于：在换热体的下(或上)端连接有过冷(热)器(图1.5)，其结构是在一个长方体的腔内安装有多根多层换热管。

8.根据权利要求1所述的相变换热体，其特征在于：用出口水温信号调节进水量。

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