一种可变通流面积的逆流板翅式换热器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可变通流面积的逆流板翅式换热器及其控制方法，包括高温区换热芯体A、中温区换热芯体B和低温区换热芯体C；这三个区之间分别通过第一和第二芯体间导流器连接，该两个芯体间导流器是由钝角三角形导流器和直角三角形导流器钎焊成的直角梯形导流器，高、中和低温区换热芯体的通道宽度由上至下依次递减。本可变通流面积的逆流板翅式换热器，在相变换热领域中的多个不同尺寸的板翅式换热器串接使用相比，其优势在于加工简单、节省材料、管道连接简单，尤其是应用于深低温混合工质制冷系统中，高低温区的保温做得更加合理，节省保温材料；如将本可变通流面积的逆流板翅式换热器倒置布置，还可实现向下降膜沸腾和向上冷凝。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程热物理与能源利用学科领域，尤其涉及。
技术介绍
板翅式换热器具有结构紧凑、易于实现大型化、传热效率高的特点，其已广泛应用于石油、化工、空气分离、天然气液化、航空航天等领域。传统的板翅式换热器虽然已在流道排布、导流器设计以及翅片上做了许多改动，但是有一点是不变的，就是换热器的换热芯体中每一股流的通流面积始终是恒定的。对于进出口物流比体积相差很大的相变换热，如果采用单个流通面积恒定的板翅式换热器，其流速设计是很难做到合理的，倘若以液相流速为标准设计，则气相时候的流速将会过大，倘若以气相流速作为标准设计，则液相时候的流速将会过小，为了兼顾两者，通常会选择折中的流速进行设计或者采用不同流通面积的板翅式换热器进行串接。串接板翅式换热器可以解决流速分配的问题，但是会出现制造成本增加、设备投资增大、设备占地面积大、封头连接部位增多、保温困难等问题。倘若以较为简单的加工难度、较低的加工成本能够在单个板翅式换热器中实现流通面积的改变，这将会使得板翅式换热器在相变换热领域更具有优势。对于混合工质深低温领域，板翅式换热器一般作为理想的回热器，但是目前这种等通流面积的板翅式换热器在应用时至少存在以下三个缺点:(I)板翅式换热器里的混合工质换热过程为相变换热，工质在高低温端的密度相差几百倍，这使得换热器进出口的流速差异巨大，低温端流速过小，传热效果差；高温端流速过大，引起压降大。(2)板翅式换热器里的混合工质具有大温度滑移的特点，这使得换热器高低端的温差在160°C以上。换热器轴向长度过短，横截面面积过大时，将会带来一定的轴向导热而弱化换热效果。(3)板翅式换热器里的混合工质在冷凝侧为高压侧，冷凝方向为垂直向下，沸腾侧为低压侧，沸腾方向为垂直向上。这样的物流方向布置缺点是低压侧物流流向由于与重力方向相反导致压降偏大，影响系统性能。但是，这是受到目前等通流面积的限制的，无法把冷凝侧和沸腾侧的流动方向对调过来。如果板翅式换热器为变流通面积设计，就能保证低温端流速，即可实现向下降膜沸腾，增强换热，减小压降。因此，无论是从改善两相换热和流动的情况，还是确保保温合理、减少充灌量，对板翅式换热器流通面积可以根据流体状态、换热情况和轴向导热等情况综合考虑来设计改变，对混合工质低温制冷系统都是有益的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供，使得板翅式换热器更能适应流体速度的变化，改善换热和流动情况，并且减少设备制造和投资成本。本专利技术通过下述技术方案实现:一种可变通流面积的逆流板翅式换热器，包括高温区换热芯体A ;中温区换热芯体B ;低温区换热芯体C ;所述高温区换热芯体A与中温区换热芯体B之间通过第一芯体间导流器2连通，中温区换热芯体B与低温区换热芯体C之间通过第二芯体间导流器3连通；所述高温区换热芯体A的顶部连接高温导流器1，高温导流器I上设置带有热流体进口 31的热流体进口封头21和带有冷流体出口 32的冷流体出口封头22，所述低温区换热芯体C的底部连接低温导流器4，低温导流器4上设置带有热流体出口 33的热流体出口封头23和冷流体进口 34的冷流体进口封头24。所述第一芯体间导流器2和第二芯体间导流器3为变通径导流器。所述变通径导流器是由钝角三角形导流器25和直角三角形导流器26钎焊成的直角梯形导流器。所述高温区换热芯体A、中温区换热芯体B和低温区换热芯体C的通道宽度由上至下依次递减。所述高温区换热芯体A的翅片类型为平直翅片；中温区换热芯体B的翅片类型为多孔翅片；低温区换热芯体C的翅片类型为锯齿翅片。上述逆流板翅式换热器的流体逆流布置方法步骤:热流体从热流体进口 31进入，进过热流体进口封头21分配后经由高温导流器I流入高温区换热芯体A，在高温区换热芯体A和中温区换热芯体B之间经过第一芯体间导流器2后进入中温区换热芯体B，在中温区换热芯体B和低温区换热芯体C之间经过第二芯体间导流器3后进入低温区换热芯体C，并在低温区换热芯体C经低温导流器4后由热流体出口 33流出；冷流体从冷流体进口 34进入，进过冷流体进口封头24分配后经由低温导流器4流入低温区换热芯体C，在低温区换热芯体C和中温区换热芯体B之间经过第二芯体间导流器3进入中温区换热芯体B; 在中温区换热芯体B和高温区换热芯体A之间经第一芯体间导流器2进入高温区换热芯体A，并在高温区换热芯体A经高温导流器I从冷流体出口 32流出。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果:本可变通流面积的逆流板翅式换热器，第一芯体间导流器和第二芯体间导流器为变通径导流器，该变通径导流器是由钝角三角形导流器和直角三角形导流器钎焊成的直角梯形导流器，这种结构能够根据流体的流动和换热特点设计成可变通流面积的形式，从而使物流压降和换热均达到最合理情况。本可变通流面积的逆流板翅式换热器，在相变换热领域中的多个不同尺寸的板翅式换热器串接使用相比，其优势在于加工简单、节省材料、管道连接简单，尤其是应用于深低温混合工质制冷系统中，高低温区的保温做得更加合理，节省保温材料。此外，如将本可变通流面积的逆流板翅式换热器倒置布置，还可实现向下降膜沸腾和向上冷凝。高温区换热芯体A、中温区换热芯体B和低温区换热芯体C的通道宽度由上至下依次递减，可以使流体的流速更加匹配。【附图说明】图1为本专利技术可变通流面积的逆流板翅式换热器结构示意图。图2为图1中第一芯体间导流器和第二芯体间导流器的结构示意图。【具体实施方式】下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。实施例如图1、2所示。本专利技术一种可变通流面积的逆流板翅式换热器，包括高温区换热芯体A ;中温区换热芯体B ;低温区换热芯体C ;所述高温区换热芯体A与中温区换热芯体B之间通过第一芯体间导流器2连通，中温区换热芯体B与低温区换热芯体C之间通过第二芯体间导流器3连通；所述高温区换热芯体A的顶部连接高温导流器1，高温导流器I上设置带有热流体进口 31的热流体当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变通流面积的逆流板翅式换热器，其特征在于：包括高温区换热芯体A；中温区换热芯体B；低温区换热芯体C；所述高温区换热芯体A与中温区换热芯体B之间通过第一芯体间导流器(2)连通，中温区换热芯体B与低温区换热芯体C之间通过第二芯体间导流器(3)连通；所述高温区换热芯体A的顶部连接高温导流器(1)，高温导流器(1)上设置带有热流体进口(31)的热流体进口封头(21)和带有冷流体出口(32)的冷流体出口封头(22)；所述低温区换热芯体C的底部连接低温导流器(4)，低温导流器(4)上设置带有热流体出口(33)的热流体出口封头(23)和冷流体进口(34)的冷流体进口封头(24)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金平，李日新，陈肖依，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44