板翅式换热器两相流体均布器

摘要

一种板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：包括入口板、中间挡板、出口板以封条，入口板、中间挡板、出口板从前至后依次以板面相对间隔竖立设置；在入口板和中间挡板间形成前级气液分离室，在中间挡板和出口板间形成后级气液分离室；入口板上部沿横向间隔排布有多个气液进口，而中间挡板上沿横向间隔排布有多个气体流通口，且这些气体流通口和所述气液进口在横向上相错开；中间挡板下部开设液体流通口；出口板上沿横向间隔排布有多个气液混合出口，这些气液混合出口与相邻中间挡板上的气体流通口在横向上相错开。本发明可有效提高板翅式换热器各层通道单元的气液分布均匀度，并且结构简单，制作成本不高。

权利要求

1.一种板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：包括一入口板、至少一中间挡板、一出口板以及多根封条，所述入口板、中间挡板、出口板从前至后依次以板面相对间隔竖立设置；所述入口板和中间挡板之间以所述封条连接封闭，以此在入口板和中间挡板间形成至少一前级气液分离室；所述中间挡板和出口板之间也以所述封条连接封闭，以此在中间挡板和出口板间形成至少一后级气液分离室，该后级气液分离室与前级气液分离室数量相同，且位置对应；对应每个前级气液分离室的上部，入口板上沿横向间隔排布有多个气液进口，而中间挡板上沿横向间隔排布有多个连通前、后级气液分离室的气体流通口，且这些气体流通口和所述气液进口在横向上相错开；对应每个前级气液分离室的下部，中间挡板上开设连通前、后级气液分离室的液体流通口；对应每个后级气液分离室，出口板上沿横向间隔排布有多个气液混合出口，这些气液混合出口与相邻中间挡板上的气体流通口在横向上相错开。

2.根据权利要求1所述的板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：所述气液进口、气体流通口均由多个小孔聚拢构成；所述气液混合出口为沿上下竖向布置的长槽孔。

3.根据权利要求1所述的板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：所述气液混合出口对应位于后级气液分离室的中上部。

4.根据权利要求1所述的板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：所述中间挡板有两块：第一中间挡板和第二中间挡板；所述第一中间挡板和第二中间挡板以板面相对置于入口板和出口板之间，所述第一中间挡板和第二中间挡板间也以所述封条连接封闭，以此在第一中间挡板和第二中间挡板间形成至少一中级气液分离室，该中级气液分离室与前级气液分离室数量相同，且位置对应；并且，所述第一中间挡板和第二中间挡板上的气体流通口在横向上也相互错开。

5.根据权利要求4所述的板翅式换热器两相流体均布器，其特征在于：所述入口板上的气液进口与第二中间挡板上的气体流通口的位置相对准，所述第一中间挡板上的气体流通口与出口板上的气液混合出口的位置相对准。

说明书

板翅式换热器两相流体均布器

技术领域

[0001] 本发明涉及板翅式换热器，具体涉及一种板翅式换热器用两相流体均布器。

背景技术

[0002] 板翅式换热器是一种以翅片为传热元件的高效的换热器，可参见技术标准《GB/T7261-94铝制板翅式换热器》，标准的板翅式换热器都由板束体、封头、接管及支座等附件组成，板束体由两种或两种以上的层通道单元间隔叠加组成。两种层通道单元均由翅片、导流片、封条及隔板组成，两种层通道单元的不同方位的周向侧边上引出本单元的流体进出口，然后在板束体侧部上沿厚度方向焊接上封头对同种的通道单元的流体进出口加以包容，在封头上再焊接上各自的接管作为总进口和出口，即组成为一个换热器。板翅式换热器具有传热效率高、结构紧凑、换热通道数量可扩展、适应性大、重量轻等特点，因此，在气-气、液-液、气-液两股及以上的换热设备中应用广泛，特别近来年应用领域不断扩大，应用于两相混合流体的换热越来越多，譬如煤层气(瓦斯)、天然气的回收应用中，其换热介质即为气液混合流体。

[0003] 当介质为气液两相混合流体时，因气相和液相密度不同，造成各层通道单元中气相和液相分布不均匀，并且，在每一层通道单元的流动断面上气相和液相分布也不均匀，导致换热效率大幅降低，只达到设计工况的40～50％，有时降到10～20％，甚至更低，严重偏离设计工况。因此，在设计中如何使气、液两相尽可能地均布，是保证两相流体换热正常进行的基础。

[0004] 目前，国际上通用的解决两相流体均布的方案主要有以下几种：

[0005] 一、利用气液分离器和喷射管，在每一层通道单元中设置喷射管，即先用气液分离器将气、液两相分离开，然后将液相经喷射管上均匀分布的小孔喷入层通道单元中，将气相经导流片均匀分布到层通道单元中。此方案需加设气液分离器和连接管路，体积庞大、成本高、安装复杂。

[0006] 二、利用气液分离器和横向翅片，均布原理基本与第一种相同，仅是在每一层通道单元中垂直于气流方向设置一横流翅片以代替喷射管。

[0007] 三、利用多孔板，在封头中设置一多孔网板，气、液两相同时由一根管道导入封头，在封头中利用多孔网板的流通截面积改变，使气流速度加快，使气相夹带着液相通入各层通道单元。该方案结构简单，但气、液混合均匀效果不及前两种，效果较差。

发明内容

[0008] 本发明目的是提供一种板翅式换热器两相流体均布器，在限制板翅式换热器整体成本、体积的前提下使各层通道单元间的气、液两相均匀度提高。

[0009] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种板翅式换热器两相流体均布器，包括一入口板、至少一中间挡板、一出口板以及多根封条，所述入口板、中间挡板、出口板从前至后依次以板面相对间隔竖立设置；所述入口板和中间挡板之间以所述封条连接封闭，以此在入口板和中间挡板间形成至少一前级气液分离室；所述中间挡板和出口板之间也以所述封条连接封闭，以此在中间挡板和出口板间形成至少一后级气液分离室，该后级气液分离室与前级气液分离室数量相同，且位置对应；对应每个前级气液分离室的上部，入口板上沿横向间隔排布有多个气液进口，而中间挡板上沿横向间隔排布有多个连通前、后级气液分离室的气体流通口，且这些气体流通口和所述气液进口在横向上相错开；对应每个前级气液分离室的下部，中间挡板上开设连通前、后级气液分离室的液体流通口；对应每个后级气液分离室，出口板上沿横向间隔排布有多个气液混合出口，这些气液混合出口与相邻中间挡板上的气体流通口在横向上相错开。

[0010] 上述技术方案中的有关内容解释如下：

[0011] 1、上述方案中，“所述入口板、中间挡板、出口板从前至后依次以板面相对间隔竖立设置”中的“竖立”是以本均布器的使用状态定义的，如附图2所示，本均布器竖立着使用。并且，所述“横向”是指入口板、中间挡板和出口板的板面上与竖向相垂直的另一方向。

[0012] 2、上述方案中，所述入口板和中间挡板之间的四周及中部均以所述封条连接封闭，以此在入口板和中间挡板间分隔形成沿上下竖向排列的多个前级气液分离室；所述中间挡板和出口板之间四周及中部均以所述封条连接封闭，以此在中间挡板和出口板间分隔形成沿上下竖向排列的多个后级气液分离室。

[0013] 3、上述方案中，所述气液进口、气体流通口和气液混合出口可以直接是一槽形孔，也可以由多个小孔聚拢构成。较佳方案是：所述气液进口、气体流通口均由多个小孔聚拢构成，所述气液混合出口为沿上下竖向布置的长槽孔。

[0014] 4、上述方案中，所述气液混合出口对应位于后级气液分离室的中上部，以此使使用时后级气液分离室下部和前级气液分离室下部均成为一贮液区。

[0015] 5、上述方案中，所述中间挡板有两块：第一中间挡板和第二中间挡板；所述第一中间挡板和第二中间挡板以板面相对置于入口板和出口板之间，所述第一中间挡板和第二中间挡板间也以所述封条连接封闭，以此在第一中间挡板和第二中间挡板间形成至少一中级气液分离室，该中级气液分离室与前级气液分离室数量相同，且位置对应；并且，所述第一中间挡板和第二中间挡板上的气体流通口在横向上也相互错开。所述入口板上的气液进口与第二中间挡板上的气体流通口的位置相对准，所述第一中间挡板上的气体流通口与出口板上的气液混合出口的位置相对准。

[0016] 本发明工作原理是：本发明利用入口板、中间挡板和出口板相距层叠形成前级气液分离室和后级气液分离室，并且在入口板、中间挡板和出口板上分别错开开设气液进口、气体流通口和气液混合出口。

[0017] 使用时如附图4所示，本发明均布器18设于封头15内，并将其上各气液混合出口14对准板束体上的各层通道单元16的进口17。

[0018] 如附图2、附图3所示，气液两相流体经入口板1上的气液进口9进入前级气液分离室6后，流体中的气相(如空心箭头所示)带液相拐弯经第一中间挡板2上的气体流通口10进入中级气液分离室7，而同时流体中的部分液相(如实心箭头所示)会因第一中间挡板2的阻挡并由重力作用流淌至前级气液分离室6底部；接着，进入中级气液分离室7的流体中的气相(如空心箭头所示)再拐弯经第二中间挡板3上的气体流通口11进入后级气液分离室8，而同时又有部分液相(如空心箭头所示)会因第二中间挡板3的阻挡并由重力作用流淌至中级气液分离室7底部；在上述过程中，流体中的液相被分离出来汇聚在气液分离室底部，从而镇定下来，液相的动力降低，而流体中的气相经上述流通路径速度加快，使其从而最终气相将液相均匀地夹带着从气液混合出口14朝向各个层通道单元的进口喷射，从而达到气液两相均匀的目的。

[0019] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

[0020] 本发明在现有多孔板均布技术的基础上增加了气液分离室结构，同时达到了多孔板阻挡提高气相速度以及将液相分离使之镇静的作用，从而使气相速度大于液相的夹带速度，使气相能够充分均匀地夹带着液相喷射出，从而提高了气、液两相的均匀度。并且，本发明结构较为简单，制作也方便，制作成本不高。

[0021] 为证明使用本发明后，对提高板翅式换热器的各个层通道单元内气、液均匀度的效果，有作如下模拟实验：

[0022] 模拟实验条件：将本发明均布器如实际使用状态在其入口板侧安装上封头，将包含气体和液体的流体从圆柱形进管进入封头，流经本发明均布器，从本发明均布器的9个气液混合出口(即对应9个层通道单元的进口)流出，计算的目的是得出各个层通道单元进口处的气、液质量流量的分配情况。

[0023] 模拟实验结果：

[0024] 1)9个层通道单元进口处气体质量流量分配情况，见附图5。

[0025] 附图5中的图表X坐标为9个层通道单元进口处标号，标号8的层通道单元进口离圆柱形进管较近，而标号为2的层通道单元进口离圆柱形进管较远。如附图5所示，平均度达到93.37％(最小流量与最大流量的比值)。

[0026] 2)9个层通道单元进口处液体质量流量分配情况，见附图6。

[0027] 附图6中的图表X坐标为9个层通道单元进口处标号，标号8的层通道单元进口离圆柱形进管较近，而标号为2的层通道单元进口离圆柱形进管较远。如附图6所示，平均度达到69.97％，主要因为标号1的层通道单元的流量较小，相比于现有技术，均匀度已得到了很大的提高。

附图说明

[0028] 附图1为本发明实施例结构主视示意图；

[0029] 附图2为附图1的A-A剖面局部放大图，图中的空心箭头代表气相，实心箭头代表液相；

[0030] 附图3为附图1的B-B剖面局部放大图，图中的空心箭头代表气相，实心箭头代表液相；

[0031] 附图4为本发明实施例应用时在板翅式换热器中的安装位置示意图；

[0032] 附图5为模拟实验的9个层通道单元进口处气体质量流量分配情况图表；

[0033] 附图6为模拟实验的9个层通道单元进口处液体质量流量分配情况图表。

[0034] 以上附图中：1、入口板；2、第一中间挡板；3、第二中间挡板；4、出口板；5、封条；6、前级气液分离室；7、中级气液分离室；8、后级气液分离室；9、气液进口；10、气体流通口；
11、气体流通口；12、液体流通口；13、液体流通口；14、气液混合出口；15、封头；16、层通道单元；17、进口；18、本实施例均布器。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

[0036] 实施例：参见附图1～3所示：

[0037] 一种板翅式换热器两相流体均布器，由一入口板1、一第一中间挡板2、一第二中间挡板3、一出口板4以及多根封条5组成。所述入口板1、第一中间挡板2、第二中间挡板3、出口板4从前至后依次以板面相对间隔竖立设置。

[0038] 所述入口板1和第一中间挡板2之间以所述封条5连接封闭，以此在入口板1和第一中间挡板2间分隔形成上、中、下三个沿竖向排列的前级气液分离室6。所述第一中间挡板2和第二中间挡板3之间以所述封条5连接封闭，以此在第一中间挡板2和第二中间挡板3之间分隔形成上、中、下三个沿竖向排列的中级气液分离室7。所述第二中间挡板3和出口板4之间也以所述封条5连接封闭，以此在第二中间挡板3和出口板4间形成上、中、下三个沿竖向排列的后级气液分离室8。该后级气液分离室8、中级气液分离室7及前级气液分离室6数量相同，且位置对应。

[0039] 对应每个前级气液分离室6的上部，入口板1上沿横向间隔排布有多个气液进口9。对应每个前级气液分离室6的上部，第一中间挡板2上沿横向间隔排布有多个连通前、中级气液分离室6、7的气体流通口10，且这些气体流通口10和所述气液进口9在横向上相错开。对应每个中级气液分离室7的上部，第二中间挡板3上沿横向间隔排布有多个连通中、后级气液分离室7、8的气体流通口11，且这些气体流通口11和第一中间挡板2上的气体流通口10在横向上相错开。对应每个前级气液分离室6的下部，第一中间挡板2上开设连通前、中级气液分离室6、7的液体流通口12；对应每个中级气液分离室7的下部，第二中间挡板3上开设连通中、后级气液分离室7、8的液体流通口13。对应每个后级气液分离室8，出口板4上沿横向间隔排布有多个气液混合出口14，这些气液混合出口14与相邻第二中间挡板上的气体流通口11在横向上相错开。

[0040] 如图1～3所示，所述气液进口9、气体流通口10、11均由多个小孔聚拢构成；所述气液混合出口14为沿上下竖向布置的长槽孔，而液体流通口12、13为一圆孔。

[0041] 如图1～3所示，所述气液混合出口14对应位于后级气液分离室8的中上部，以此使用时气液混合出口14的下方留有一壁面阻挡液体，使后级气液分离室8下部也成为一贮液区。

[0042] 如图1～3所示，具体入口板1上的气液进口9与第二中间挡板3上的气体流通口11的位置相对准，所述第一中间挡板2上的气体流通口10与出口板4上的气液混合出口14的位置相对准。并且，在每个气体流通口10的正下方对应设置一液体流通口12，也在每个气体流通口11正下方对应设置一液体流通口13。

[0043] 本实施例，使用时如附图4所示，本实施例均布器18设于封头15内，并将其上各气液混合出口14对准板束体上的各层通道单元16的进口17。

[0044] 如附图2、附图3所示，气液两相流体经入口板1上的气液进口9进入前级气液分离室6后，流体中的气相(如空心箭头所示)带液相拐弯经第一中间挡板2上的气体流通口10进入中级气液分离室7，而同时流体中的部分液相(如实心箭头所示)会因第一中间挡板2的阻挡并由重力作用流淌至前级气液分离室6底部；接着，进入中级气液分离室7的流体中的气相(如空心箭头所示)再拐弯经第二中间挡板3上的气体流通口11进入后级气液分离室8，而同时又有部分液相(如空心箭头所示)会因第二中间挡板3的阻挡并由重力作用流淌至中级气液分离室7底部；在上述过程中，流体中的液相被分离出来汇聚在气液分离室底部，从而镇定下来，液相的动力降低，而流体中的气相经上述流通路径速度加快，使其从而最终气相将液相均匀地夹带着从气液混合出口14朝向各个层通道单元的进口喷射，从而达到气液两相均匀的目的。

[0045] 上述实施例为举例说明，具体中间挡板的数量可按设计要求而定，可以是一块、两块，也可以更多。另外，前级气液分离室6、中级气液分离室7和后级气液分离室8的具体数量也按层通道单元的宽度而定，可以是沿竖向排列的一个、二个、三个、四个甚至更多。

[0046] 上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。