一种板翅式换热器制造技术

一种板翅式换热器，包括换热芯体、分别位于所述换热芯体两端的封头及分别连接于所述封头上的流体出入口，所述换热芯体包括若干个分层叠置于一体的通道，每个通道包括隔板、传热翅片、导流翅片、封条，所述传热翅片与所述导流翅片内置于所述隔板与封条之间构成所述通道，所述通道的宽度是连续变化的。本申请可更好满足深冷多元混合工质节流制冷系统高效运行，且易制造、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及制冷与低温
、空气液化分离领域、天然气液化领域、气体低温液化领域中应用的换热器。
技术介绍
板翅式换热器在制冷与低温
、空气液化分离领域、天然气液化领域、气体低温液化领域中有广泛应用，在上述各领域中广泛采用深冷多元混合工质节流制冷系统，并采用板翅式换热器作为关键的回热换热器，通过将循环工质高、低压布置于间隔的不同通道内，以逆流方式实现高、低压间的回热换热，进而将系统的室温部分与低温部分有效地连接在一起，可使系统实现大温跨下的制冷效果。由于非共沸多元混合制冷剂的采用，使得深冷多元混合工质节流制冷系统与采用单相气体循环工质的常规低温制冷系统对回热换热器具有明显不同的要求。首先，深冷多元混合工质在回热换热器内参与换热的流体(包括高压和低压)存在剧烈相变，其体积流量在进、出口存在显著差异，而常规的低温气体制冷系统，进、出口体积流量差异相对较小。其二，深冷多元混合工质在回热换热器内参与换热的流体(包括高压和低压)进、出口干度(含气率)变化较大，而常规低温气体制冷系统中回热换热器内通常为单相流动。其三，常规的低温气体制冷系统，可通过增加换热面积来提高换热效率和热力学效率，而对于深冷多元混合工质节流制冷系统，其换热效率与两相流动状态和流体流速密切相关，简单的增加换热面积往往不能取得预期效果并可能由于流速过低产生偏流而带来负面影响。研究表明：对于深冷多元混合工质节流制冷系统用的板翅式回热换热器，除仔细考虑换热器通道间的两相流动均匀性外，最为重要的是换热流体在换热器通道内沿程流速的设计，尤其是有明显爬升的流道。在上升通道内，当流速小于某值时，两相流动就会发生气、液相分离，这会使得液相在部分子通道内累积，形成液体拥塞而使其失效，这不但影响回热换热器的传热效率，而且会改变循环工质组份浓度，甚至使整个深冷多元混合工质节流制冷系统失效；而当流速过大时，流体流经换热器会产生较大的压降，这会造成热力学效率降低，浪费能量。板翅式换热器是深冷多元混合工质节流制冷系统领域中应用最广泛的换热器种类之一，板翅式换热器通常由换热芯体、封头及进出口管组成，换热芯体包括隔板、传热翅片、导流翅片、封条，在相邻两隔板与封条内放置传热翅片、导流翅片组成夹层，称为通道，多个通道分层叠置起来钎焊成一整体换热芯体，其具有传热效率高、紧凑、轻巧(多为铝合金制造)、适应性强的优点，可适用于：气－气、气－液、液－液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。目前，实际使用的板翅式换热器，流体通道全程流通截面积维持不变，即流体流经通道过程中，其在低温口端和高温口端的流道截面积完全相等，为了避免气液相分离产生液相积聚的问题，通常以上升通道内的流体最小流速大于两相流动气、液相发生分离的临界流速为具体结构尺寸的设计依据，这样虽然保证了制冷系统的正常工作，但会在高、低压均引入更大的压力损失为代价，使制冷系统效率无法进一步提高。此外，在深冷多元混合工质节流制冷系统，往往在其循环流程中需加入气液相分离器，使混合制冷剂气液相分离，实现混合制冷剂的分温区冷量供应，以获取更高的热力学效率。新增加气液相分离器设备，使深冷多元混合工质节流制冷系统更加复杂，体积更庞大，且增加设备成本。
技术实现思路
鉴于此，有必要提供一种流道宽度持续变化的板翅式换热器，以兼顾换热器内的相变传热、两相流动、流动压降及其与系统的热力耦合的问题。为解决上述技术问题，本申请提供了一种板翅式换热器，包括换热芯体、分别位于所述换热芯体两端的封头及分别连接于所述封头上的流体出入口，所述换热芯体包括若干个分层叠置于一体的通道，每个通道包括隔板、传热翅片、导流翅片、封条，所述传热翅片与所述导流翅片内置于所述隔板与封条之间构成所述通道，所述通道的宽度是连续变化的。优选地，所述流体出入口包括高温口与低温口，所述高温口包括热流体入口与冷流体出口，所述低温口包括热流体出口与冷流体入口，所述通道的宽度在高温口的一端大于低温口的一端，所述通道宽度是沿换热流体流动方向连续变化的。优选地，所述通道呈梯形布置。优选地，所述通道在低温口端的最小宽度为100mm；所述通道在高温口端的最大宽度为1500mm。优选地，所述传热翅片为平直形翅片、锯齿形翅片、波纹形翅片、多孔形翅片、百叶窗形翅片中的一种或多种组合，所述传热翅片切割成与通道相匹配的梯形，放置于通道内钎焊成一体。优选地，所述传热翅片的翅距沿换热流体流动方向连续变化，所述换热芯体的低温口端的翅距小于所述高温口端的翅距，所述翅距的变化率与通道宽度的变化率相同或接近。优选地，所述翅距在所述通道的低温口端小至1mm，在所述通道的高温口端大至10mm优选地，所述流体出入口包括连接于下部封头上的流体入口与流体液相出口、及连接于所述上部封头上的流体气相出口，热流体从流体入口进入，经过所述封头后进入换热芯体向上爬升，在与冷流体换热过程中持续冷却产生冷凝液，在所述通道内气液相分离，气相流体继续上升从低温口端的流体气相出口流出，液相流体在重力作用下往下流动并在高温口端的流体液相出口流出。优选地，设所述通道内换热流体体积流量为Q，流体平均流速为V，通道宽度为L，通道内翅片高度为H，则满足如下公式：V＝Q/(H×L–S截)≤V分其中S截是通道内翅片本身的截面积，V分是流体气液相分离速度，V分依据相关设计文献获取。本申请板翅式换热器，通过将所述通道宽度设计成可连续变化的结构，可使所述流道宽度从低温口端至高温口端实现数倍甚至数十倍的连续变化，可更好满足深冷多元混合工质节流制冷系统高效运行，且易制造、成本低。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本申请板翅式换热器实施例一的流道界面示意图；图2为本申请板翅式换热器实施例二的流道界面示意图；图3为本申请板翅式换热器实施例三的流道界面示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。实施例一请参阅图1所示，本申请实施例一的板翅式换热器用于天然气液化的深冷多元混合工质节流制冷系统，以实现110K温度天然气液化。本专利技术的板翅式换热器包括换热芯体、分别位于所述换热芯体两端的封头2、分别连接于所述封头2上的流体出入口1。所述换热芯体包括若干个分层叠置并钎焊成一体的通道，每个通道包括隔板(图未示)、传热翅片3、导流翅片5、封条4。所述隔板与封条4将所述传热翅片3与导流翅片5包覆于内构成所述通道。所述流体出入口1包括高温口与低温口，所述高温口包括热流体入口与冷流体出口，所述低温口包括热流体出口与冷流体入口。本申请板翅式换热器使用的热流体为高压混合工质，流体入口处为常温，含气率为1，流体出口处温度为110K，含气率为0.1。流体出口处的体积流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板翅式换热器，包括换热芯体、分别位于所述换热芯体两端的封头及分别连接于所述封头上的流体出入口，所述换热芯体包括若干个分层叠置于一体的通道，每个通道包括隔板、传热翅片、导流翅片、封条，所述传热翅片与所述导流翅片内置于所述隔板与封条之间构成所述通道，其特征在于，所述通道的宽度是连续变化的。

【技术特征摘要】
1.一种板翅式换热器，包括换热芯体、分别位于所述换热芯体两端的封头及分别连接于所述封头上的流体出入口，所述换热芯体包括若干个分层叠置于一体的通道，每个通道包括隔板、传热翅片、导流翅片、封条，所述传热翅片与所述导流翅片内置于所述隔板与封条之间构成所述通道，其特征在于，所述通道的宽度是连续变化的。2.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述流体出入口包括高温口与低温口，所述高温口包括热流体入口与冷流体出口，所述低温口包括热流体出口与冷流体入口，所述通道的宽度在高温口的一端大于低温口的一端，所述通道宽度是沿换热流体流动方向连续变化的。3.如权利要求2所述的板翅式换热器，其特征在于，所述通道呈梯形布置。4.如权利要求2所述的板翅式换热器，其特征在于，所述通道在低温口端的最小宽度为100mm；所述通道在高温口端的最大宽度为1500mm。5.如权利要求1所述的板翅式换热器，其特征在于，所述传热翅片为平直形翅片、锯齿形翅片、波纹形翅片、多孔形翅片、百叶窗形翅片中的一种或多种组合，所述传热翅片切割成与通道相匹配的梯形，放置于通道内钎焊成一体。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：吴剑峰，公茂琼，陈高飞，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11