分配结构及具有其的板式换热器的制作方法

1.本实用新型涉及板式换热器技术领域，具体而言，涉及一种分配结构及具有其的板式换热器。


背景技术：

2.目前，板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种换热设备，具有传热效率高、质量轻、占用空间小、结构紧凑、易维修维护等优点，在航空航天、石油化工、制冷供热等领域应用广泛。
3.然而，对于板式换热器而言，入口端的制冷剂一般以两相的形式存在，由于两相流动的复杂型及不确定性，当平行通道较多时，制冷剂往往很难实现各流道流量的均匀分配，在液相制冷剂分配较少的流道，制冷剂提前“蒸干”，换热效果变差；在液相制冷剂分配较多的流道，蒸发不完全，使得整体换热量降低。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种分配结构及具有其的板式换热器，以解决现有技术中的板式换热器内的流体分配不均匀的技术问题。
5.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种分配结构，分配结构用于对板式换热器的制冷剂进行分配，分配结构包括：分配管，分配管的分配段插设在板式换热器的换热片内，沿分配管的延伸方向，分配段上设置有多个分配孔，多个分配孔与换热器的多个换热流道一一对应地设置，以使经各个分配孔流出的制冷剂进入至对应的换热流道内；其中，分配段具有相对设置的第一端口和第二端口，第二端口设置在第一端口远离分配管的进口的一端，沿第一端口至第二端口的延伸方向，分配段的流通截面逐渐减小。
6.进一步地，第一端口和第二端口均为圆形口结构，第一端口对应的内径为d1，第二端口对应的内径为d2，0.4d1≤d2≤0.6d1。
7.进一步地，分配段为锥形管结构。
8.进一步地，分配管的周向上间隔设置有多排分配孔，各排分配孔均包括沿分配管的延伸方向间隔设置的多个分配孔。
9.进一步地，分配孔包括第一分配孔，第一分配孔与换热片的延伸方向之间的夹角为α，α≥10
°
。
10.进一步地，分配孔还包括第二分配孔，第二分配孔与第一分配孔沿分配段的周向间隔设置，第二分配孔与换热片的延伸方向之间的夹角为β，α＜β≤45
°
。
11.进一步地，换热流道的厚度为h，分配孔为圆形孔，分配孔的直径为d，1mm≤d≤h。
12.进一步地，分配管还包括与分配段连接的连接段，连接段用于与板式换热器的接管连接，连接段凸出于换热片设置，连接段为等截面管结构。
13.进一步地，连接段的外壁上设置有定位结构，连接段的至少部分插设在板式换热器的第一端板上，以通过定位结构与第一端板进行定位配合。
14.根据本实用新型的另一方面，提供了一种板式换热器，包括上述提供的分配结构。
15.进一步地，板式换热器还包括：第一端板，分配结构的分配管插设在第一端板上；第二端板，与第一端板间隔设置，第二端板上设置有定位凹槽，分配管的分配段的端部设置在定位凹槽内。
16.应用本实用新型的技术方案，通过在换热片上插设有分配段，使得在板式换热器的进液通道内增加了流通截面逐渐减小的分配段，随着分配段内流体的流动方向流通截面逐渐减小，有效减弱了分配段末端的涡流区的形成，减小了板式换热器内的换热流道的静压波动情况，提高了各个分配孔的分配均匀度，提升了分配的均匀性。通过试验和仿真验证可以得到，相比于现有的分配结构而言，本实施例中的分配结构能够使得板式换热器内的各流道内的流体的分配均匀性提升15％～25％。因此，通过本实用新型提供的技术方案，能够解决现有技术中的板式换热器内的流体分配不均匀的技术问题。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1示出了根据本实用新型的实施例提供的分配结构的安装示意图；
19.图2示出了根据本实用新型的实施例提供的具有分配结构的板式换热器的剖视图；
20.图3示出了根据本实用新型的实施例提供的分配结构的结构示意图；
21.图4示出了根据本实用新型的实施例提供的换热片的结构示意图。
22.其中，上述附图包括以下附图标记：
23.10、分配管；11、分配段；111、第一分配孔；112、第二分配孔；12、连接段；121、定位结构；20、换热片；21、制冷剂进口；22、制冷剂出口；23、水侧进口；24、水侧出口；30、接管；41、第一端板；42、第二端板；421、定位凹槽；50、换热流道。
具体实施方式
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
25.如图1至图3所示，本实用新型的实施例提供了一种分配结构，分配结构用于对板式换热器的制冷剂进行分配，分配结构包括分配管10，分配管10的分配段11插设在板式换热器的换热片20内，沿分配管10的延伸方向，分配段11上设置有多个分配孔，多个分配孔与换热器的多个换热流道50一一对应地设置，以使经各个分配孔流出的制冷剂进入至对应的换热流道50内；其中，分配段11具有相对设置的第一端口和第二端口，第二端口设置在第一端口远离分配管10的进口的一端，沿第一端口至第二端口的延伸方向，分配段11的流通截面逐渐减小。具体地，第二端口用于形成分配段11的出口。
26.采用本实施例提供的分配结构，通过在换热片20上插设有分配段11，使得在板式换热器的进液通道内增加了流通截面逐渐减小的分配段11，随着分配段11内流体的流动方向流通截面逐渐减小，有效减弱了分配段11末端的涡流区的形成，减小了板式换热器内的
换热流道50的静压波动情况，提高了各个分配孔的分配均匀度，提升了分配的均匀性。通过试验和仿真验证可以得到，相比于现有的分配结构而言，本实施例中的分配结构能够使得板式换热器内的各流道内的流体的分配均匀性提升15％～25％。
27.在本实施例中，第一端口和第二端口均为圆形口结构，第一端口对应的内径为d1，第二端口对应的内径为d2，0.4d1≤d2≤0.6d1。通过将第二端口的内径设置在上述范围内，能够有效消除分配管10的通道中的涡流区，使得通道中的压力分布变得更加均匀。优选地，d2＝0.5d1。
28.具体地，本实施例中的分配段11为锥形管结构。采用这样的结构设置，能够更好地优化分配段11的静压分布，使得分配段11内的静压差均匀，获得较好的分配效果，以最终提升板式换热器的换热性能。
29.在本实施例中，分配管10的周向上间隔设置有多排分配孔，各排分配孔均包括沿分配管10的延伸方向间隔设置的多个分配孔。采用这样的结构设置，能够便于使分配管10内的液体经沿分配管10周向设置的多个分配孔进入对应的换热流道50内，由于多个分配孔相对于换热流道50的进入角度不一样，这样能够便于更好地提高提高分配的均匀性，从而提高换热效果。同时，通过在同一个周向间隔设置多个分配孔，也能够减低分配孔被杂物堵塞导致换热流道50失效的风险。
30.具体地，本实施例中的分配孔包括第一分配孔111，第一分配孔111与换热片20的延伸方向之间的夹角为α，α≥10
°
。采用这样的结构设置，能够避免形成流动死区，提高了分配均匀性。
31.在本实施例中，分配孔还包括第二分配孔112，第二分配孔112与第一分配孔111沿分配段11的周向间隔设置，第二分配孔112与换热片20的延伸方向之间的夹角为β，α＜β≤45
°
。由于气相密度小，惯性力小，气相制冷剂更易在靠近进口的流道逸出，采用这样的结构设置，既能够避免第二分配孔112出现流动死区的情况，又能够使得分配管10底部的液相制冷剂更多流入靠近进口的流道中，从而提升分配的均匀性。
32.具体地，换热流道50的厚度为h，分配孔为圆形孔，分配孔的直径为d，1mm≤d≤h。采用这样的结构设置，既能够便于提高分配的均匀性，又能够保证节流效果。优选的，本实施例中的分配孔的直径(此处的分配孔的直径均指分配孔的内径)为1.5mm。
33.在本实施例中，分配管10还包括与分配段11连接的连接段12，连接段12用于与板式换热器的接管30连接，连接段12凸出于换热片20设置，连接段12为等截面管结构。需要说明的是，等截面管结构是指连接段12的管内径为一恒定值。采用这样的结构设置，能够便于使分配段11通过连接段12与接管30进行连接。且本实施例中的连接段12处的管壁较厚，以保证分配管10的结构强度。
34.具体地，连接段12的外壁上设置有定位结构121，连接段12的至少部分插设在板式换热器的第一端板41上，以通过定位结构121与第一端板41进行定位配合。采用这样的结构设置，能够便于提高对连接段12的定位稳定性，以使分配段11内的分配孔各个换热流道50进行精准配合。具体的，连接段12的外壁上设置有定位凸起，连接段12插设在第一端板41上，并通过定位凸起限制连接段12的插入深度，从而提高了设置的稳定性和精准性。优选地，本实施例中的定位凸起可以为环形凸起结构，以便于更好地对分配段11进行定位。
35.在板式换热器进口处增加一变截面的管状分配结构，通过改变流体过流面积(也
即为流通面积)减弱末端涡流区的生成，优化通道的静压分布，获得较好的分配效果，最终提升板式换热器的换热性能。
36.在分配结构的侧壁开设至少两排分配孔，分配孔正对换热流道50，分配孔为等间距平行排列且形状一致均为圆柱形通孔。为避免产生较大压降，分配孔直径在1.5mm左右，最大不超过板间流道厚度。
37.本实用新型的实施例二提供了一种板式换热器，板式换热器包括上述提供的分配结构。
38.在本实施例中，板式换热器还包括第一端板41和第二端板42，分配结构的分配管10插设在第一端板41上。第二端板42与第一端板41间隔设置，第二端板42上设置有定位凹槽421，分配管10的分配段11的端部设置在定位凹槽421内。采用这样的结构设置，通过第二端板42上的定位凹槽421能够有效对分配段11进行定位，避免分配段11在工作过程中发生位置偏移的情况，提高了分配段11的设置稳定性。
39.如图4所示，本实施例中的板式换热器还包括换热片20，相邻两个换热片20焊接形成换热流道50。在第一端板41上开设四个角孔，分别为制冷剂进口21、制冷剂出口22、水侧进口23、水侧出口24，在换热片20上相对应的开设有角孔，使之形成贯通的进/出液通道。
40.如图2中所示，变截面管状分配器贯穿进液通道，以第一端板41为界，右侧为连接段12，左侧为分配段11。连接段12的管壁厚于流动段，使得分配结构的定位结构121与第一端板41形成接触面，二者连接处以钎焊的方式进行配合固定。连接段12的内径不变且与制冷剂进口21的接管30的内径相等，最右侧有小凹槽，可与接管30形成配合连接。分配段11的右侧为进口，末端封闭，同时在第二端板42上开设有定位凹槽421，定位凹槽421与分配段11的末端形成配合，避免封闭端面影响流量分配。
41.分配段11的内径逐渐减小，右侧入口处内径最大与连接段12的内径相等，分配段11的末端内径最小却约为进口内径的1/2。对于常规的板式换热器其流动通道内径不变，制冷剂沿着通道流动，流量逐渐减小，流速降低，末端往往会形成涡流区，导致分配不均。在本实施例中通过将流动通道设计为收缩式后，有效减弱末端涡流区的形成，其流体分配均匀性可提升15％～25％。
42.如图2所示，在分配结构的侧壁开设至少两排分配孔，用于提升流道内横向分配的均匀性，同时降低分配孔被杂物堵塞导致换热通道失效的风险。为避免形成流动死区，第一分配孔111与重力方向的夹角不得小于10
°
，第二分配孔112与重力方向的夹角不超过45
°
，当夹角过大时，聚积在分配管10底部的液相制冷剂无法更好的流入前端流道，导致分配均匀性变差。
43.在本实施例中，分配孔形状一致均为圆柱形通孔，分配孔正对流道，为避免产生较大压降，分配孔直径在1.5mm左右，最大不超过板间流道(即为换热流道50)厚度，分配孔等间距平行排列，相邻分配孔的距离与相邻板片之间的距离相等，分配结构与前后端板的配合设计，限制并固定了分配孔与流道的相对位置，使得流体经分配孔流出后可以准确流入各个流道。
44.从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：通过改变流体的过流面积，减弱了进液通道末端涡流区的生成，根据本实用新型的实施例在不增加压降的同时，优化了两相制冷剂分配的均匀性，有效提升板式换热器整体的换热能力。
45.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
46.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
47.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
48.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
49.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。