一种适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器

技术领域

本发明涉及气液热交换领域，具体地说是涉及一种适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器。

背景技术

流体分为气体和液体两种；从流动方式上可分为：流动介质只有气体组成或者只有液体组成的单相流、流动介质由气体和液体组成的气液混合双相流。而不同相介质之间的热交换是指气体介质与液体介质之间或者气体介质与气液双相流介质之间的热交换。其中，在实际应用中“气体介质与液体介质之间的热交换”几乎都是指：“起始端：气体介质与液体介质之间进行的热交换；过程：气体介质与没有发生相变的液体和已经发生相变的液体，成为了蒸发气体，组成的气液双相混合介质之间进行的热交换；结束端：气体介质与已经完成相变从液体蒸发为气体的介质之间进行的热交换”。人们普遍习惯：把气体介质与发生相变介质之间的热交换，简称为气液不同相介质之间的热交换；把板和翅片式热交换器简称为板式热交换器。

现有的热交换器一般是由铜管和翅片组成的铜管翅片式热交换器，其铜管穿过翅片，将铜管直径胀大使铜管与翅片紧密结合在一起，减少接触热阻气体非直线流动：强化扰动、提高热交换系数；导致粉尘堵塞的故障率也随之提高。

现有的板式热交换器是由板与板连接组合而成的，常用于同相介质之间的热交换，这是由于气体和气体或者液体和液体的密度、热容接近使得同相介质之间进行热交换，板间距能够处于合适范围内。当用于不同相介质之间的热交换时，常存在以下问题：液体汽化体积膨胀数百倍、汽化潜热大，使气体介质和液体相变介质热交换的质量流量差别达到数百倍；板间距比不合适，其介质在板与板和两端封头构成的通道中流动，板间距过大使热交换介质通过板的"接触"不充分、热交换效果差；流体流动阻力随着板间距的缩小而增加，板间距过小使阻力增大到"超出被允许的范围"。

常规板式热交换器通过缩小板间距的方式使液层厚度相应减薄来增加热交换介质之间的"接触"面积，铜管翅片式中的管径缩小与板式热交换器中的液层厚度减薄"等效"：都在增加热交换介质"接触"面积，但又同时伴随着流体流动"压降"损失的增加。铜管翅片式热交换器、由于热交换介质之间的接触面积相对小，通常情况下其热交换系数只有板式热交换器的1/3至1/6。但介质在循环过程中发生相变后体积变化，要求流通面积能够相应改变，从而提高有效换热面积，但现有的铜管翅片式热交换器，无法满足流通面积的相应改变，气液在管内无法分离，导致有效换热面积低，效果差的缺点。且由于铜管翅片式热交换器为铜管翅片式结构，导致液体在管中的液层较厚，蒸发产生气泡扰动作用弱，使得热交换系数低，强度低的缺点。

因此，针对上述铜管翅片式蒸发热交换器所存在的问题，设计出一种可应用于气液不同相介质之间进行换热的板式蒸发热交换器。

发明内容

本发明的目的就是针对上述所存在的缺点，提供的一种具有克服常规板式热交换器和铜管翅片式热交换器的不足，液体在循环过程中发生相变后体积变化，流通面积能够相应改变，液层厚度变薄，提高其有效热交换面积和热交换强度的适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器，包括第一热交换器，所述第一热交换器包括多个热交换板组件，所述热交换板组件包括多个热交换板，所述热交换板之间设有间隙，间隙上下两端均安装有将上下间隙密封的菱形封头，多个热交换板之间安装有翅片，每片热交换板内安装有板式翅片；所述的多个热交换板组件并列设置，多个热交换板组件的上下对应安装有上密封罩和下密封罩，多个热交换板组件的边缘周侧安装有密封板；上密封罩和下密封罩内均设有多个隔板将多个热交换板组件分隔；上密封罩内设有分流杆。

进一步的，所述上密封罩和下密封罩均呈圆弧结构，与密封板、隔板一起形成对热交换板组件的密封。

进一步的，所述分流杆为圆弧形，分流杆的数量与位置和菱形封头对应分布。

进一步的，所述的每片热交换板前后两面均设有盖板，左右两侧均设有封板，使其中间形成上下流通的流通槽。

进一步的，所述板式翅片焊接于流通槽内，所述的板式翅片高度与热交换板相同。

进一步的，所述的板式翅片呈矩形齿状。

进一步的，所述的菱形封头上部为上锥形结构，中部为密封块，下部为下锥形结构，密封块与相邻两个热交换板之间的间隙大小匹配形成密封。

进一步的，上密封罩和下密封罩对应每个热交换板组件处均对应安装有连接管；所述的上密封罩上部的连接管为上连接管，所述的下密封罩下部的连接管为下连接管，所述上连接管与相邻的下连接管连接。

进一步的，所述板式热交换器还包括与第一热交换器结构相同的第二热交换器，所述第一热交换器和第二热交换器之间安装有风箱，所述的风箱内安装有用于散热的风机；所述第一热交换器和第二热交换器通过上下连接管连接。

本发明的有益效果是：

本发明的板式热交换器能够克服常规板式热交换器和铜管翅片式热交换器的不足，液体在循环过程中发生相变后体积变化后，流通面积能够相应改变，液层厚度变薄，提高其有效热交换面积和热交换强度，尤其适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器。

附图说明

图1是本发明的第一热交换器整体状态结构示意图。

图2是本发明的板式热交换器整体拆分结构示意图

图3是本发明的热交换组件和板式翅片的结构示意图。

图4是本发明的板式热交换器的一个结构示意图。

图5是本发明的板式热交换器的一个结构示意图。

其中，1、第一热交换器； 11、上密封罩；111、上连接管；112、分流杆；12、下密封罩；121、下连接管；13、第一密封板；14、第二密封板；15、隔板；16、菱形封头；2、第二热交换器；3、风箱；31、风机；4、热交换板组件；41、热交换板； 42、翅片；43、板式翅片。

实施方式

下面将结合本发明附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

一种适用于气液不同相介质之间热交换的板式热交换器，包括第一热交换器1，所述第一热交换器1包括多个热交换板组件4，所述热交换板组件4包括多个热交换板41，所述多个热交换板41竖直叠放，所述热交换板41之间设有间隙，上下间隙密封的菱形封头16，多个热交换板41之间安装有翅片42，每片热交换板41内均安装有板式翅片43；所述的多个热交换板组件4并列设置，多个热交换板组件4的上下对应安装有上密封罩11和下密封罩12，多个热交换板组件4组成一个整体，整体周侧安装有密封板，所述密封板包括两个第一密封板13和两个第二密封板14；第一密封板13呈两个矩形框状，与多个热交换板组件4组成的整体左右两侧面匹配，安装在左右两侧；第二密封板14为中部与多个热交换板组件4组成的整体前后两侧面匹配，上下部与上密封罩11和下密封罩12对应匹配，安装在多个热交换板组件4的前后两侧；上密封罩11和下密封罩12内均设有多个隔板15将多个热交换板组件4分隔；上密封罩11内设有分流杆112。

所述的每片热交换板41前后两面均设有盖板，左右两侧均设有封板，使其中间形成上下流通的流通槽。

在本发明的一个实施例中，所述热交换板组件4中，还包括翅片42，多个热交换板41穿插于安装于翅片42中，翅片42可以加强对多个热交换板41组合的固定。

在本发明的一个实施例中，所述上密封罩11和下密封罩12均呈圆弧结构，与密封板、隔板15一起形成对热交换板组件4的密封。

在本发明的一个实施例中，所述分流杆112为圆弧形，分流杆112的数量与位置和菱形封头16对应分布。

在本发明的一个实施例中，所述板式翅片43焊接于流通槽内，所述的板式翅片43高度与热交换板41相同，所述的板式翅片43呈矩形齿状，板式翅片43的设置可以加强换热板的强度。

在本发明的一个实施例中，所述的菱形封头16上部为上锥形结构，中部为密封块，下部为下锥形结构；所述的密封块将热交换板41之间的间隙进行密封，所述的上锥形结构可将液体直接导入到热交换板41中，所述密封块与相邻两个热交换板41之间的间隙大小匹配，封堵间隙的上下端形成对热交换板组件4的密封，所述的下锥形结构可提高进风速。

在本发明的一个实施例中，上密封罩11和下密封罩12对应每个热交换板组件4处均对应安装有连接管；所述的上密封罩11上部的连接管称为上连接管111，所述的下密封罩12下部的连接管称为下连接管121，所述下连接管121与相邻的上连接管111通过管道连接；所述上密封罩11的一个端部的上连接管111为进液管。

在本发明的一个实施例中，所述第一密封板13位于热交换板41的侧边，使热交换板41间的间隙与外界连通。

在本发明的一个实施例中，所述板式热交换器还包括与第一热交换器1结构相同的第二热交换器2(其热交换板组件4的数量也可以不同)，所述第一热交换器1和第二热交换器2通过上下连接管连接；所述第一热交换器1和第二热交换器2之间安装有风箱3，所述的风箱3内安装有风机31，风机31对准第一密封板13，用于对板式热交换器散热。

需要说明的是，本发明还可以包括多个与第一热交换器1结构相同的热交换器，按照上述连接方式依次设置。

在本发明中，采用上进下出的进液方式，低压液体制冷剂从进液管（即第一换热器最端部的上连接管）进入上锅（即端部的热交换板组件对应的上密封罩的空腔），一部分铅直落下、一部分受表面涨力的作用贴着上锅内壁流下，汇聚在分流杆上。液体经过分流杆进入热交换区域（即热交换板），并在热交换板上，与气体介质进行热交换而部分汽化；没有汽化的液体受重力和表面涨力的作用贴着板流下、在下锅（即端部的热交换板组件对应的下密封罩的空腔）聚集：形成“液封”。液封后，液体汽化形成的气体受浮力作用在“热交换板的两个板面的液层夹道中”上升、回流集聚于上锅空间：与没有完成蒸发的液体分离；分离气体在回流上升过程中对液层起搅拌作用、使之分布得更均匀。随着蒸发的继续，热交换区域内的压力升高。当压力差足以克服液柱的高度差形成的静压时，液封遭破坏、液体被“压”到下一个回程（即相邻的热交换板组件），重复上一个回程进程。

分流管使来自上锅壁、经过它的部分液体尽可能均匀地分布于热交换板上。没有蒸发的低压液体制冷剂在下锅集聚、形成液封。

液封后，流量暂时为0——流动从连续流动改变为间歇性流动。继续蒸发形成的制冷剂低压气体回流、上升至上锅空间：达到气体和液体快速分离目的；气体在回流、上升过程中对热交换板上正在蒸发的液体起到搅拌作用，使液体进一步均匀地分布在整个热交换板平面。液封后液体垂直落下的部分减少而沿着上锅壁流下的部分增加。随着蒸发的继续、气体形成的压力升高，当该压力与下一个回程的压力差升高到足以克服液柱高度差形成的静压时、没有蒸发的低压制冷剂液体被“虹吸”、进入下一个回程：重复上一个回程的进程。没有蒸发的低压制冷剂液体的量，随着经历过的回程数增加而逐渐减少、直至在最后一个回程完全转化为低压制冷剂气体。

在实际应用中，本发明的板式热交换器做为蒸发器的制冷机，当空气进风33℃时，经过本发明的板式热交换器，可以达到出风温度-3℃，制冷效果较好，可以应用于 “静电喷塑涂料生产”的粉碎机环节。

相比于，铜管-翅片式蒸发器：“10匹空调制冷机‘标配’铜管-翅片式蒸发器、热交换面积需要82平发米”，用本发明的板式热交换器替代铜管-翅片式蒸发器仅需热交换面积6.264平方米。

本发明的板式热交换器适用于气液不同相介质之间热交换，克服了常规板式热交换器和铜管翅片式热交换器的不足，液体在循环过程中发生相变后体积变化，流通面积能够相应改变，液层厚度变薄，提高其有效热交换面积和热交换强度的优点。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。