專利名稱：板管式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為工質(zhì)汽液相變類換熱器范疇，是一種新穎的板管式換熱器。
背景技術(shù)：
本換熱器是實(shí)現(xiàn)高效汽液相變的換熱設(shè)備?，F(xiàn)有的相關(guān)換熱器主要有兩大類，即殼管式和板式。他們用于汽液相變換熱時(shí)，殼管式換熱器體積大、換熱系數(shù)低、耗水量大；板式換熱器內(nèi)容積很小，不能貯存工質(zhì)液體，水道容易堵塞，作為蒸發(fā)器使用時(shí)，制冷劑分配不均會(huì)造成產(chǎn)汽量減少。本發(fā)明方案克服或改善了以上缺點(diǎn)，使工質(zhì)汽液相變時(shí)壓力損耗更小和換熱效率更高，并且允許進(jìn)出換熱器的水溫差大而節(jié)省用水量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造一種板管單元組合為特點(diǎn)的相變換熱體。其中每一列板管單元由兩塊相同的傳熱波形板以波頂對(duì)接并與框架焊接而成，該列板管單元的每條板管在兩塊波形板對(duì)接處形成兩條邊溝，除邊溝外，板管內(nèi)表面上有許多微細(xì)的倒“V”形平行齒條槽，槽為臺(tái)形，齒為直角三角形。多列板管單元以相鄰兩列波面等距方式排列而構(gòu)成板管單元組合。在各列板管單元之間、有波形與其垂直、呈網(wǎng)狀點(diǎn)接觸的水板，兩外側(cè)則為主壓板、其內(nèi)壁面有與水板一致的波面。n列板管單元組合由主壓板固定，并插入n-1塊水板，這種組合便構(gòu)成板管式相變換熱體。用于工質(zhì)冷凝或蒸發(fā)相變換熱時(shí)，板管就是工質(zhì)的相變管。
作為蒸發(fā)相變管使用時(shí)，在每條管內(nèi)兩邊溝處加裝吸液芯薄片，片長(zhǎng)與管長(zhǎng)相同，寬度至槽面的邊緣。管的邊溝與吸液芯薄片構(gòu)成工質(zhì)的毛細(xì)泵通道，與所有的槽面相通。
相變管的工作狀態(tài)分為兩種情況在冷凝工作狀態(tài)時(shí)，在管內(nèi)熱交換面上所形成的冷凝液體，在蒸汽壓力和液體重力作用下向齒坡面的外緣流動(dòng)，由于齒條較短，所連通的垂直邊溝非常暢通，冷凝液體在相變管內(nèi)滯留的時(shí)間很短，不會(huì)在熱交換面上形成厚的液膜，因而對(duì)后續(xù)蒸汽的相變效率影響很?。辉谡舭l(fā)工作狀態(tài)時(shí)，在管的兩條邊溝加裝有吸液芯，由于吸液芯片顯著增加了表面張力面，使邊溝與吸液芯所構(gòu)成的毛細(xì)通道具有較大的毛細(xì)泵提升能力。在低壓吸力和槽面表面張力的作用下，毛細(xì)通道的液體流入槽面，形成不斷蒸發(fā)的工質(zhì)液膜，因而使產(chǎn)汽量增大。
在相變換熱體中，多列相變管構(gòu)成相變管群，使工質(zhì)在這些相變性好的管群中多路并行工作，從而降低了工質(zhì)的壓力損耗。
水側(cè)由于其水道的不等距結(jié)構(gòu)，水流速在較大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)都能形成受迫紊流和小的水力直徑旋渦，保證有較高的熱傳遞效率。同時(shí)，由于相變換熱體的結(jié)構(gòu)容許水道間距比現(xiàn)行板式的間距大，因而對(duì)水質(zhì)的要求相應(yīng)降低。
相變管和承壓強(qiáng)的水板由于支撐點(diǎn)多，在工質(zhì)—水的壓差大時(shí)，對(duì)相變換熱體內(nèi)部流道間距的影響很小，從而能保證大面積高耐壓的需要。
基于相變管結(jié)構(gòu)，由于有效熱交換面受液態(tài)工質(zhì)影響小，無(wú)須通過(guò)提高換熱面兩側(cè)工質(zhì)—水的溫差來(lái)維持一定的換熱量，因而相變換熱體的進(jìn)出水溫差可以較大，通過(guò)系統(tǒng)的相關(guān)信號(hào)對(duì)用水量進(jìn)行調(diào)控。
連接在相變換熱體上(或下)端面上的工質(zhì)入口腔蓋為一漸擴(kuò)腔體。安裝在上端時(shí)，使冷凝蒸汽均勻分配進(jìn)入相變管群；安裝在下端時(shí)，使蒸發(fā)液體充滿腔內(nèi)并使液面超過(guò)相變管群的入口。
連接在相變換熱體另一端面上的過(guò)冷(熱)器的結(jié)構(gòu)是在一個(gè)長(zhǎng)方體的腔內(nèi)安裝有多根多層換熱管，其腔體與相變管群工質(zhì)出口相接。長(zhǎng)方體腔內(nèi)換熱管外流動(dòng)相變后的工質(zhì)液(或汽)體，并與換熱管內(nèi)水流進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到工質(zhì)循環(huán)所需的過(guò)冷(或過(guò)熱)。
工質(zhì)的流動(dòng)方向，無(wú)論是冷凝還是蒸發(fā)，總是由工質(zhì)入口腔蓋進(jìn)入，經(jīng)過(guò)相變換熱體，再?gòu)倪^(guò)冷(熱)器流出。
在有工質(zhì)通道的部件裝配完成后，插入水板并安裝外側(cè)水路部件，即水接口腔蓋和導(dǎo)流腔蓋。
水的流動(dòng)方向是由水接口腔蓋的入口進(jìn)入，經(jīng)過(guò)過(guò)冷(熱)器的換熱管，再通過(guò)導(dǎo)流腔蓋進(jìn)入相變換熱體水道，最后從水接口腔蓋的出口流出。
工質(zhì)入口腔蓋、相變換熱體、過(guò)冷(熱)器以及水接口腔蓋、導(dǎo)流腔蓋的組合便構(gòu)成板管式換熱器。工質(zhì)與水在換熱器內(nèi)逆向流動(dòng)，換熱器直立安裝。
板管式換熱器在有循環(huán)利用的水作為排熱源和熱源的條件下，由于其節(jié)能、節(jié)水的優(yōu)越性，必將廣泛應(yīng)用于各種規(guī)格的水源熱泵中，尤其是在地源熱能的利用上可獲得很好的效益。


現(xiàn)以4塊管板單元為例，說(shuō)明板管式換熱體圖1各個(gè)部件的裝配結(jié)構(gòu)。相變換熱器1是由板管單元以波面等距方式排列，各單元之間插入水板，外側(cè)為主壓板2，通過(guò)兩對(duì)螺桿3連接而成。相變換熱體上下端面連接工質(zhì)入口腔蓋4和過(guò)冷(熱)器5，前后側(cè)面連接水接口腔蓋6和導(dǎo)流腔蓋7。
板管單元圖2中，兩塊波形板1對(duì)接并與框架2焊接，焊接處為鈍角三角形槽6，波形板對(duì)接處為邊溝3，除邊溝外，波形板內(nèi)壁面上有倒“V”形平行弧齒槽4，占內(nèi)壁面的三分之二，在蒸發(fā)使用時(shí)邊溝處加裝吸液芯片5。
水板圖3由波形板1和兩波邊的加強(qiáng)條2連接而成。
倒“V”形平行弧齒槽面局部放大如圖4所示，倒“V”形夾角為120度，齒形為直角三角形，槽底壁厚0.30mm，槽底寬0.38mm，槽間距0.55mm，平均壁厚0.36mm。
具體實(shí)施例方式
一列板管單元是組成換熱體的基本組件。它是由兩塊傳熱耐腐蝕的不銹鋼薄板經(jīng)加工成相同的正弦波形板和起固定密封作用的不銹鋼框架所構(gòu)成。波形板采用低碳不銹鋼薄板(鋼號(hào)00Cr17Ni14Mo2等)，板厚0.36mm(允許在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，以下數(shù)據(jù)同)，一次擠壓成形為帶槽面的正弦波形板波長(zhǎng)15mm，波高5mm，內(nèi)波面上加工有倒“V”形平行弧齒槽，齒為直角三角形，槽底壁厚0.30mm，槽底寬0.38mm，槽間距0.55mm，平均壁厚0.36mm，倒“V”形夾角為120度，弧槽面占波面的2/3。兩塊波形板的波頂線對(duì)接，弧槽面相對(duì)，板邊與框架焊接密封，構(gòu)成上下開(kāi)口的一列板管。每根板管管長(zhǎng)400mm，每列管數(shù)20根，可按不同管長(zhǎng)和管數(shù)加工成不同熱交換量大小的檔次系列組件。板管內(nèi)壁面在兩塊波形板的接觸處形成兩條邊溝，除邊溝外則為倒“V”形弧槽面。作為蒸發(fā)相變管使用時(shí)，在各管內(nèi)兩邊溝處加裝吸液芯，可用不銹鋼薄片制成。
水板是與板管構(gòu)成水道的承壓部件，用表面光滑承壓強(qiáng)度好的硬質(zhì)厚鋁板加工成波形板，并在兩波邊用加強(qiáng)條加固。波形為正弦形，波長(zhǎng)和波高與構(gòu)成板管的波形板相同，板厚為5mm。水板插入各板管單元之間，并在每塊水板的上、下方形成出、入水通道，通道左右等距波面間的寬度為水板板厚加兩倍波高之和，高度為其寬度的兩倍。板管單元組合的兩外側(cè)為主壓板，以構(gòu)成板管外側(cè)水道。
根據(jù)所需換熱量的大小，選用某一檔次的若干個(gè)板管單元組件，以波面等距方式排列，用一對(duì)主壓板通過(guò)四根螺桿將這些組件框架上下框邊壓緊(壓緊處密封處理)。
換熱體上下安裝面用高壓密封條密封，分別安裝預(yù)制好的過(guò)冷(熱)器和工質(zhì)入口腔蓋，在插入支撐水板后可對(duì)工質(zhì)通路進(jìn)行壓力測(cè)試和檢漏。
最后在換熱體入水口側(cè)面安裝導(dǎo)流腔蓋、出水口側(cè)面安裝水接口腔蓋并分別用密封條密封，再進(jìn)行漏水檢測(cè)。
蒸發(fā)器工作時(shí)必須保證工質(zhì)液面超過(guò)相變管下端入口，使管內(nèi)毛細(xì)泵起作用。
調(diào)控水流速信號(hào)可取出口水溫信號(hào)，以控制入水閥門或調(diào)頻水泵。
權(quán)利要求
1.一種板管式結(jié)構(gòu)的相變換熱體(圖1.1)，其特征在于由兩塊傳熱波形板構(gòu)成一列板管單元(圖2)，多列板管單元以波面等距方式排列，單元之間插入波面與其垂直、呈網(wǎng)狀接觸的承壓水板(圖3)，外側(cè)用內(nèi)波面與水板一致的主壓板(圖1.2)固定，水板、主壓板與板管之間構(gòu)成水道，上下留有出、入水通道。板管是工質(zhì)的相變管，換熱體直立安裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳熱波形板(圖2.1)，其特征在于波面上有許多微細(xì)的倒“V”形平行齒條槽(圖2.4)，槽為臺(tái)形，齒為直角三角形(圖4)，齒槽面約占該波面的三分之二。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一列板管單元，其特征在于由兩塊權(quán)利要求2所述的傳熱波形板以波頂對(duì)接、槽面相對(duì)、板邊與框架(圖2.2)在結(jié)合邊槽6(圖2.6)焊接密封而構(gòu)成上下開(kāi)口的一列板管，板管內(nèi)在對(duì)接處形成邊溝(圖2.3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的板管，其特征在于用于蒸發(fā)工作時(shí)所有板管內(nèi)邊溝處加裝吸液芯薄片(圖2.5)，片長(zhǎng)與管長(zhǎng)相同，片寬至槽面邊緣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水板(圖3)，其特征在于用表面光滑、承壓好的較厚輕質(zhì)材料加工成波形板(圖3.1)，波形、波長(zhǎng)和波高與權(quán)利要求2所述的傳熱波形板一致，兩條波邊用加強(qiáng)條(圖3.2)加固。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變換熱體，其特征在于在換熱體的上(或下)端連接有工質(zhì)入口腔蓋(圖1.4)，其結(jié)構(gòu)為一漸擴(kuò)腔體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變換熱體，其特征在于在換熱體的下(或上)端連接有過(guò)冷(熱)器(圖1.5)，其結(jié)構(gòu)是在一個(gè)長(zhǎng)方體的腔內(nèi)安裝有多根多層換熱管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變換熱體，其特征在于用出口水溫信號(hào)調(diào)節(jié)進(jìn)水量。
全文摘要
本發(fā)明為新型的工質(zhì)汽液相變換熱器。為了解決殼管式換熱器體積大、換熱效率低、耗水量大和板式換熱器內(nèi)容積很小、水道易堵塞、工質(zhì)分配不均使產(chǎn)汽量下降等問(wèn)題，本方案設(shè)計(jì)了一種以板管單元組合為特點(diǎn)的相變換熱器。板管結(jié)構(gòu)的主要功能是在板管的工質(zhì)換熱面上，冷凝時(shí)不會(huì)形成影響換熱效率的厚液膜，蒸發(fā)時(shí)又能不斷供給易于蒸發(fā)的薄液膜。水側(cè)與板式結(jié)構(gòu)相似，有很高的換熱系數(shù)，而且水道間距較大。板管單元組合構(gòu)成相變管群，由于相變性好，適應(yīng)水的溫度范圍大，多管并行工作，從而使工質(zhì)汽液相變時(shí)壓力損耗更小，換熱效率更高，節(jié)省用水量。其節(jié)能、節(jié)水的優(yōu)越性，可廣泛應(yīng)用于各種水源熱泵中，尤其是在地源熱能的利用上可獲得良好的效益。
文檔編號(hào)F28D9/02GK1851376SQ20061001914
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
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