[發明專利]一種流體進出口優化分布的水冷管板式換熱器

有效

• 申請號: 201911101314.X
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110779371B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉昱;崔崢;王宏標;陳帆;余道廣;李圣鎧
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: F28D21/00
• 分類號: F28D21/00
• 代理公司: 青島仟航知識產權代理事務所(普通合伙) 37289
• 代理人: 紀尚旭

本發明提供了一種流體進出口優化分布的水冷管板式換熱器，包括基板和蓋板，蓋板和基板裝配在一起形成流體空間，所述換熱器包括設置在蓋板上的流體進口和流體出口，所述冷流體進口設置蓋板的中心位置，所述流體出口設置兩個，分別設置在蓋板的相對的兩側位置。本發明中冷媒從蓋板中心區域流入，在冷媒剛進入冷板時，溫度尚低，與換熱區域溫差大，冷卻能力強，可以更有效地控制換熱區域的溫度。

技術領域

本發明換熱器技術領域，具體涉及一種導流結構與柱肋相結合的板式換熱器。

背景技術

平板式換熱器是目前各類換熱器中換熱效率最高的一種換熱器，它具有占用空間小，安裝拆卸方便的優點。其由沖壓成形的凹凸不銹鋼板組成，兩相臨板片之間的凹凸紋路成180度相對組合，因此板式熱交換器兩板片之間的凹凸脊線形成了交錯的接觸點，將接觸點以真空焊接方式結合后，就形成了板式熱交換器的耐高壓交錯流通結構，這些交錯的流通結構使得板式熱交換器內的冷熱流體產生強烈紊流而達到高換熱效果。

扁平管近些年被廣泛應用于汽車空調單元以及住宅或商業空調換熱器。此種扁平管內部設置多個小的通道，在使用時，換熱流體流過扁平管內的多個通道。因為扁平管換熱面積大，因此能夠大大提高換熱效果。

平板式換熱器被廣泛應用于化工、石油、制冷、核能和動力等工業，由于世界性的能源危機，為了降低能耗，工業生產中對換熱器的需求量也越來越多，對換熱器的質量要求也越來越高。近幾十年來，雖然緊湊式換熱器(板式、板翅式、壓焊板式換熱器等)、熱管式換熱器、直接接觸式換熱器等得到了迅速的發展，但由于管殼式換熱器具有高度的可靠性和廣泛的適應性，其仍占據產量和用量的統治地位，據相關統計，目前工業裝置中管殼式換熱器的用量仍占全部換熱器用量的70％左右。

平板式換熱器結垢后，采取常規的蒸汽清掃、反沖洗等方式對換熱器進行清洗，生產實踐證明，效果不是很好。只能將換熱器的封頭拆卸下來，采用物理清理的方式，但采取該種方式進行清洗，操作復雜、耗時長，人力、物力投資較大，對連續化的工業生產帶來極大的困難。

浸沒式換熱器，是間壁式換熱器種類之一。它結構簡單，制造、安裝、清洗和維修方便，價格低廉，又特別適用于高壓流體的冷卻、冷凝，所以現代仍得到廣泛應用。這種換熱器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應的情況，并沉浸在容器內的液體中。

研究和工程應用都表明，浸沒式液冷和熱管都各自有著優異的換熱性能。除此以外，相變材料由于其吸熱放熱過程溫度平穩，可以使得整個系統達到均溫的效果，因而在換熱領域得到廣泛應用。

在間接液體冷卻方案中，采用水冷板換熱器進行換熱。水冷板是一個內有流道結構的金屬換熱器件，通常由銅或鋁制成。將換熱流體與水冷板基板底面直接接觸，傳熱的熱量傳導至水冷板，然后水冷板與內部的冷媒進行對流換熱將熱量帶走。整個液冷系統利用泵為工質的循環提供動力，相對于風冷系統，液冷系統結構更加緊湊。而且所使用的冷媒多為與冷板材料兼容的去離子水、指定百分比的乙二醇—去離子水、納米流體等介質，它們具有比空氣更高的比熱容和導熱系數，在散熱效果上優于風冷。此外，相比于風冷系統，間接液冷系統噪音水平明顯降低。

近年來，為滿足換熱需求，已展開對間接液冷系統的研究，涉及冷板結構、冷媒選取、管道布置等諸多方面，發現水冷板結構對液冷系統換熱和功耗的影響尤為顯著。水冷板一般可分為基板、流道、蓋板三部分。蓋板及軟管接頭并無統一的標準，不同廠商有不同的結構形式，基板和流道可按照設備和熱設計功耗進行各種不同的配置，這也是影響水冷板散熱性能的主要因素。

柱肋：增設肋片有助于增加換熱面積，并且可以增強對流場的擾動。通過增加肋片強化換熱已被廣泛應用于換熱器中。但此次設計不能單一地考慮散熱效果，還應從系統經濟性的角度出發，盡量避免增設肋片后出現的壓降急劇增大而散熱改善效果極小的局面。再考慮冷媒進口時溫度相對更低，所以，在中心高流速區域不布置肋片，以期改善冷板壓降，在周邊低流速區域布置圓柱型肋片，加強擾動并增加換熱面積，彌補冷媒溫度升高所導致的散熱能力的損失。