CN116007427A - 分配结构及应用该分配结构的板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了分配结构及应用该分配结构的板式换热器，分配结构包括进液集管以及设置于进液集管内的螺旋扰流板；进液集管的一端设有进液孔；螺旋扰流板的外缘与进液集管的内壁进行固定连接，且螺旋扰流板对进液集管内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；螺旋扰流板与进液集管相接触的一侧边设有过液孔；进液集管的侧壁设有多个进液孔，进液孔均与螺旋层叠形流道相连通。本发明中所公开的技术方法，流体流入螺旋层叠形流道呈螺旋状流动，并通过离心力作用由进液孔向外均匀排出，同时设置过液孔避免相应位置聚集过多流体而导致分配不均，大幅降低了流体的压力损失并提高了流体分配的均匀性，从而能够提高板式换热器的换热效率。

Description

分配结构及应用该分配结构的板式换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种分配结构及应用该分配结构的板式换热器。

背景技术

板式换热器凭借高效、节能、环保优势，广泛应用于化工、制冷、食品工业等领域。但其流程组合复杂，由于同向流路中设置有多个并联通道，实际应用中存在流体分配不均匀的现象，导致换热面积无法得到充分利用，影响了换热器的换热性能。为解决流体在并联通道上分配不均的问题，常规技术方法是在板式换热器的进口集管中增加分配结构来解决上述问题。

如申请号为CN201920518483.2的专利中公开了一种通过在通道入口处相邻两板片相对冲压翻边，形成环向分配通道及环形进液通道的方案，能够降低分配通道阻力并提高均匀性，每条通道入口限制为小孔结构，避免过多流体进入特定通道，或者设置沿流向长度方向开有多个小孔的分配集管结构，每个小孔对应一条流道。然而这一现有技术方法中无法合理调整进液通道的尺寸大小，导致难以达到均匀分配流体的效果，同时也易因小孔尺寸过小而造成进液通道堵塞的问题。因此，现有技术方法中用于板式换热器的分配结构存在流体分配效果较差的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种分配结构及应用该分配结构的板式换热器，旨在解决现有技术方法中用于板式换热器的分配结构所存在的流体分配效果较差的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种分配结构，所述分配结构包括进液集管以及设置于所述进液集管内的螺旋扰流板；所述进液集管的一端设有进液孔；

所述螺旋扰流板的外缘与所述进液集管的内壁进行固定连接，且所述螺旋扰流板对所述进液集管内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；所述螺旋扰流板与所述进液集管相接触的一侧边设有过液孔；

所述进液集管的侧壁设有多个进液孔，所述进液孔均与所述螺旋层叠形流道相连通；

述进液孔间隔设置于所述螺旋层叠形流道的多层流道内。

上述分配结构，可选的，所述过液孔设置于所述进液集管的底部且沿所述进液集管的轴向进行排列设置。

上述分配结构，可选的，所述过液孔的设置高度为所述进液集管直径的0.01～0.1倍。

上述分配结构，可选的，所述螺旋层叠形流道中设置有所述进液孔的各层流道内至少设置两个所述进液孔。

上述分配结构，可选的，所述进液孔均设置于第一夹角范围内，所述第一夹角范围为所述进液集管的截面方向上与铅垂线呈60°夹角的范围。

上述分配结构，可选的，所述进液孔的总面积与所述进液集管的截面积之间的比值为0.1～0.5。

上述分配结构，可选的，所述进液孔均靠近所述过液孔进行设置。

上述分配结构，可选的，所述进液孔相对于后一层流道的所述过液孔设置于流体流动方向的上游，所述流体流动方向为流体在所述螺旋层叠形流道内流动的方向。

第二方面，本发明实施例提供了一种板式换热器，其中，所述板式换热器包括换热器主体、以及如上述第一方面所述的分配结构；

所述换热器主体由前封板、后封板及多个换热板组成；所述换热板层叠设置于所述前封板与所述后封板之间，以形成多个换热通道；

所述分配结构设置于所述换热通道的一端，且所述分配结构的螺旋层叠形流道通过所述进液孔与多个所述换热通道进行间隔连通；与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的另一端与所述换热器主体的出液口相连通；

未与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的两端分别与换热器主体的进水口及出水口相连通。

所述的板式换热器，其中，所述换热通道的间距均相等。

通过以上方案可知，本发明提供的一种分配结构及应用该分配结构的板式换热器，分配结构包括进液集管以及设置于进液集管内的螺旋扰流板；进液集管的一端设有进液孔；螺旋扰流板的外缘与进液集管的内壁进行固定连接，且螺旋扰流板对进液集管内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；螺旋扰流板与进液集管相接触的一侧边设有过液孔；进液集管的侧壁设有多个进液孔，进液孔均与螺旋层叠形流道相连通；进液孔间隔设置于螺旋层叠形流道的多层流道内。

也就是说，本发明实施例中，流体流入螺旋层叠形流道呈螺旋状流动，并通过离心力作用由进液孔向外均匀排出，同时设置过液孔避免相应位置聚集过多流体而导致分配不均，大幅降低了流体的压力损失并提高了流体分配的均匀性，从而能够提高板式换热器的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的板式换热器的轴向截面结构图；

图2为本发明实施例提供的分配结构的立体结构图；

图3为本发明实施例提供的轴向截面结构图中的A-A截面结构图；

图4为本发明实施例提供的螺旋扰流板的立体结构图；

图5为本发明实施例提供的板式换热器的整体结构图。

附体标记说明：1、进液口；2、出液口；3、进水口；4、出水口；5、后封板；6、前封板；7、换热板；8、进液集管；81、进液孔；9、螺旋扰流板；91、过液孔；R、夹角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中用于板式换热器的分配结构所存在的流体分配效果较差的问题，本发明实施例提供了一种分配结构。请参阅图1至图4，如图所示，本申请技术方法中的所述分配结构包括进液集管8以及设置于所述进液集管8内的螺旋扰流板9；所述进液集管8的一端设有进液口1；所述螺旋扰流板9的外缘与所述进液集管8的内壁进行固定连接，且所述螺旋扰流板9对所述进液集管8内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；所述螺旋扰流板9与所述进液集管8相接触的一侧边设有过液孔91；所述进液集管8的侧壁设有多个进液孔81，所述进液孔81均与所述螺旋层叠形流道相连通；所述进液孔81间隔设置于所述螺旋层叠形流道的多层流道内。

本申请技术方法中的分配结构主要由进液集管8及螺旋扰流板9组成。进液集管8的侧壁设有多个进液孔81，具体而言，进液孔81均对应换热通道位置进行设置，螺旋扰流板9与进液集管8内壁相接触的一侧边设有过液孔91。在具体使用过程中，如图1所示，液体由进液口1流入至进液集管8，通过螺旋扰流板9将进液集管8的内部空间分割为螺旋层叠形流道，则螺旋层叠形流道由多层流道螺旋层叠组合形成，进液孔81分布于进液集管8的侧壁进行设置，用于对螺旋层叠形流道内流通的流体进行分配，流体在离心力作用下沿进液集管8的内壁旋转流动，在离心力作用下流体沿管壁上设置的进液孔81向外甩出并进入对应的换热通道内，从而克服了传统的进液管道所采用的90°转弯造成的压损较大及流体分配不均匀的问题，提高了分配结构进行流体分配的均匀性，从而提高了换热器的换热性能。同时，上述的分配结构简单易加工，可实现性强。

通常而言，气相扩充性好，分配不均的问题更多的体现在液相分布上。本申请技术方法，螺旋扰流板9引导进液集管8的流体进行螺旋流动，流体在螺旋流动的过程中产生离心力，在离心力作用下液相所受离心力较大，更多在靠近进液集管8的内壁附近分布，气相所受离心力较小，更多在管道中心区域分布。靠近进液集管8内壁的液滴被壁面捕获形成液流，在流体螺旋运动裹挟作用下液滴沿壁面流动，并使流体中的部分液体从壁面开设的进液孔81向外甩出进入对换热应流道。进液集管8对流体进行分配过程中，气相在压强作用下往壁面区域扩展，从而使气相逐步混入液相，随液相汇入螺旋层叠形流道内进行流通。当液量较少时，气相可携带液滴进入换热通道。其中，进液孔81的形状可以设置为任意形状，进液孔81的形状包括但不限于圆形，椭圆形，方形，条形，其它多边形等。

未被甩出的液体，部分随主流体继续螺旋向前流动，部分在重力及流体阻力综合作用下滞留于进液集管8的底部并产生累积。在本申请技术方法中，可在进液集管8的底部设置过液孔91，通过设置过液孔91对聚集于进液集管8底部的液体进行引流，从而使底部聚集的液体能够直接跨越流道进行流通，也即能够避免在进液集管8的底部累积过多液体从而加剧分配不均的问题。其中，过液孔91的形状不限，确保进液集管8底部液体可跨越多层流道进行流通即可。

在更具体的实施例中，所述过液孔91设置于所述进液集管8的底部且沿所述进液集管8的轴向进行排列设置。具体的，所述过液孔91的设置高度为所述进液集管8直径的0.01～0.1倍。

具体的，可设置过液孔91沿进液集管8的轴向进行排列设置，具体设置结果如图2及图4所示。其中，过液孔91的设置高度匹配进液集管8尺寸进行设计，在具体应用过程中，可设置过液孔91的高度为进液集管8直径的0.01～0.1倍。

在更具体的实施例中，所述螺旋层叠形流道中设置有所述进液孔81的各层流道内至少设置两个所述进液孔81。具体的，所述进液孔81均设置于第一夹角范围内，所述第一夹角范围为所述进液集管8的截面方向上与铅垂线呈60°夹角的范围。

具体的，可设置进液孔81的总数量为螺旋层叠形流道中设置有进液孔的流道数的整数倍，如设置为流道数的1倍、2倍等。在具体实施例中，可在螺旋层叠形流道中设置有进液孔的各层流道内均设置两个进液孔，具体设置结构如图2所示。还可设置在螺旋层叠形流道中设置有进液孔的各层流道内均设置两个以上的进液孔，具体数量可根据进液集管8的管径进行灵活调整。

为进一步提高进液孔81进行流体分配的效率，可将进液孔81均设置于第一夹角范围内，其中，第一夹角范围也即是进液集管8的截面方向上与铅垂线呈60°夹角，如图3所示，第一夹角范围的边界与铅垂线之间的夹角∠R为60°。则进液孔81沿对应流道位置周向设置，且分布在偏离进液集管8底部60°范围内。

在更具体的实施例中，所述进液孔81的总面积与所述进液集管8的截面积之间的比值为0.1～0.5。其中，所述进液孔81均靠近所述过液孔91进行设置。具体的，所述进液孔81相对于后一层流道的所述过液孔91设置于流体流动方向的上游，所述流体流动方向为流体在所述螺旋层叠形流道内流动的方向。

所述进液孔81的总面积与所述进液集管8的截面积之间的比值为0.1～0.5，具体应用过程中，可设置进液孔81总面积与进液集管8截面积之间的比值约0.1～0.5。进液孔81总面积与进液集管8截面积之间的比值越小，越利于均匀分配，但进液口1所需输入的液体压降越大，进液孔81总面积与进液集管8截面积之间的具体比值根据应用场景进行确定。

在具体应用过程中，可设置进液孔81靠近过液孔91；更具体的，还可设置进液孔81相对于后一层流道的过液孔91设置于流体流动方向的上游，具体设置位置如图2所示。则当液体在进液集管8进行螺旋流动时，部分液体先由于离心力由进液孔81甩出至相应换热通道，之后继续流通的流体中剩余部分液体在聚集于进液集管8的底部时，通过设置于当前进液孔81下游的过液孔91进行导流。通过上述设置方式的进液孔81及过液孔91的配合使用，从而使流体在进液集管8内进行螺旋流动过程中，优先使流体流入相应通道以满足换热需求，从而进一步提高换热器在使用过程中的换热效率。

在具体应用过程中，可按进液孔81的总面积与所述进液集管8的截面积之间的比值进行进液孔81尺寸的设置。例如，可在螺旋层叠形流道中设置有进液孔的各层流道内设计对应两个圆形的进液孔81，且设置进液孔81的孔径为0.5～3mm。通过设置具有较小尺寸的进液孔81，避免流体较多的从离进液口1较近的换热通道流出，从而平衡各换热通道的流量，使流体分配更加均匀。

本发明实施例提供的分配结构，该分配结构包括进液集管以及设置于进液集管内的螺旋扰流板；进液集管的一端设有进液孔；螺旋扰流板的外缘与进液集管的内壁进行固定连接，且螺旋扰流板对进液集管内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；螺旋扰流板与进液集管相接触的一侧边设有过液孔；进液集管的侧壁设有多个进液孔，进液孔均与螺旋层叠形流道相连通；进液孔间隔设置于螺旋层叠形流道的多层流道内。

也就是说，本发明实施例中，流体流入螺旋层叠形流道呈螺旋状流动，并通过离心力作用由进液孔向外均匀排出，同时设置过液孔避免相应位置聚集过多流体而导致分配不均，大幅降低了流体的压力损失并提高了流体分配的均匀性，从而能够提高板式换热器的换热效率。

本发明实施例还提供了一种板式换热器，如图1及图5所示，所述板式换热器包括换热器主体10、以及如上述实施例中所述的分配结构；所述换热器主体由前封板6、后封板5及多个换热板7组成；所述换热板7层叠设置于所述前封板6与所述后封板5之间，以形成多个换热通道；所述分配结构设置于所述换热通道的一端，且所述分配结构的螺旋层叠形流道通过所述进液孔81与多个所述换热通道进行间隔连通；与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的另一端与所述换热器主体的出液口2相连通；未与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的两端分别与换热器主体的进水口3及出水口4相连通。具体的，所述换热通道的间距均相等。

板式换热器的换热器主体10包括换热板7、前封板6、后封板5、进液口1、出液口2、进水口3、出水口4，其中分配结构的进液口1也即可作为换热器主体10的液体入口，通过分配结构的进液口1即可用于输入流体至换热器主体10内。换热板7层叠设置于所述前封板6与所述后封板5之间，则换热板7与相邻的其它换热板之间、前封板6与相邻换热板7之间、后封板5与相邻换热板7之间均可形成换热通道，也即多个换热板7叠放形成间错排列的两流体换热通道，其中与螺旋层叠形流道相连通的换热通道用于输入热流体，未与螺旋层叠形流道相连通的换热通道用于输入冷流体，热流体与冷流体进行间错流通，从而实现高效换热。

其中，螺旋层叠形流道通过进液孔81与多个所述换热通道进行间隔连通，具体结构如图1及图2所示，则每个用于进行进水换热的换热通道均设置有对应的进液孔81，确保用于进行进水换热的各换热通道都能进液。进液集管8与螺旋扰流板9组合形成螺旋层叠形流道，流体从进液口1进入分配结构后，在螺旋扰流板9的阻拦、扰流作用下沿螺旋层叠形流道流动，并在离心力作用下从进液孔81进入各换热通道。

对于设置有平行排列的多个换热通道的板式换热器而言，各换热通道间流体分配的均匀性直接影响各换热板7的面积利用率及换热器的整体性能。对于相变工质，因气液两相流体物性、流态等差别，分配不均匀问题越发突出，严重制约换热器效能提升，增大应用成本。本申请技术方法，通过螺旋扰流板9将进液集管8的内部空间分割为螺旋层叠形流道，使得流体通过螺旋层叠形流道进行螺旋流动，从而更加顺畅地切向进入换热通道，避免了传统的进液管道在进入换热通道之前必须流经90°转角管道而造成的压损较大的问题，大幅降低了流体的压力损失；同时，通过设置进液孔81，在离心力作用下流体从进液孔81均匀分配并进入各换热通道，解决了现有技术方法中流体分配不均匀的问题，提高了分配结构进行流体分配的均匀性，从而提高了换热器的换热性能。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意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、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种分配结构，其特征在于，所述分配结构包括进液集管以及设置于所述进液集管内的螺旋扰流板；所述进液集管的一端设有进液孔；

所述螺旋扰流板的外缘与所述进液集管的内壁进行固定连接，且所述螺旋扰流板对所述进液集管内部的空腔进行分割形成螺旋层叠形流道；所述螺旋扰流板与所述进液集管相接触的一侧边设有过液孔；

所述进液集管的侧壁设有多个进液孔，所述进液孔均与所述螺旋层叠形流道相连通；

所述进液孔间隔设置于所述螺旋层叠形流道的多层流道内。

2.根据权利要求1所述的分配结构，其特征在于，所述过液孔设置于所述进液集管的底部且沿所述进液集管的轴向进行排列设置。

3.根据权利要求1或2所述的分配结构，其特征在于，所述过液孔的设置高度为所述进液集管直径的0.01～0.1倍。

4.根据权利要求1所述的分配结构，其特征在于，所述螺旋层叠形流道中设置有所述进液孔的各层流道内至少设置两个所述进液孔。

5.根据权利要求4所述的分配结构，其特征在于，所述进液孔均设置于第一夹角范围内，所述第一夹角范围为所述进液集管的截面方向上与铅垂线呈60°夹角的范围。

6.根据权利要求5所述的分配结构，其特征在于，所述进液孔的总面积与所述进液集管的截面积之间的比值为0.1～0.5。

7.根据权利要求6所述的分配结构，其特征在于，所述进液孔均靠近所述过液孔进行设置。

8.根据权利要求6或7所述的分配结构，其特征在于，所述进液孔相对于后一层流道的所述过液孔设置于流体流动方向的上游，所述流体流动方向为流体在所述螺旋层叠形流道内流动的方向。

9.一种板式换热器，其特征在于，所述板式换热器包括换热器主体、以及如权利要求1-8任一项所述的分配结构；

所述换热器主体由前封板、后封板及多个换热板组成；所述换热板层叠设置于所述前封板与所述后封板之间，以形成多个换热通道；

所述分配结构设置于所述换热通道的一端，且所述分配结构的螺旋层叠形流道通过所述进液孔与多个所述换热通道进行间隔连通；与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的另一端与所述换热器主体的出液口相连通；

未与所述螺旋层叠形流道相连通的所述换热通道的两端分别与换热器主体的进水口及出水口相连通。

10.根据权利要求9所述的板式换热器，其特征在于，所述换热通道的间距均相等。

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