板式换热器及其换热板片的制作方法

[0001]
本申请涉及板式换热器及其换热板片，属于换热技术领域。


背景技术：

[0002]
板式换热器是公认的高效、紧凑型换热器，可用于两种介质(例如载冷剂与制冷剂)之间的热交换，已经广泛应用在制冷空调、新能源汽车等行业。相关技术中的板式换热器通过若干堆叠设置的换热板片形成相互间隔的供两种流体流动的流道，板片的换热区内设置有若干凸起的点状结构对两种流体热交换的过程进行强化换热，以提高板式换热器的换热性能。
[0003]
但是相关技术仍然存在进一步优化板片的换热效果的改进空间。


技术实现要素：

[0004]
本申请的目的在于提供一种换热性能较好的板式换热器及其换热板片。
[0005]
第一方面，本申请采用技术方案涉及一种板式换热器的换热板片，其包括制冷剂进口、制冷剂出口、围绕所述制冷剂进口的进口区域、围绕所述制冷剂出口的出口区域、以及连接于所述进口区域与所述出口区域之间的连通区域，所述换热板片在所述连通区域形成供制冷剂从所述进口区域流动至所述出口区域的流动通道；
[0006]
所述连通区域包括第一主换热区域以及第二主换热区域；所述第一主换热区域比所述第二主换热区域靠近所述进口区域；所述第二主换热区比所述第一主换热区靠近所述出口区域；所述第一主换热区域设有若干间隔设置的第一凸点，所述第二主换热区域设有若干间隔设置的第二凸点；所述若干第一凸点和所述若干第二凸点均沿着所述换热板片的长度方向多排分布；
[0007]
所述第一凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸大于等于所述第二凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸；且所述第一凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸大于第一凸点沿着换热板片的长度方向的尺寸。
[0008]
在本申请提供的技术方案中，由于第一主换热区域的第一凸点沿着换热板片宽度方向的尺寸大于第一凸点沿着换热板片长度方向的尺寸，有利于制冷剂在液相比重较高时获得较好的流体扰动和板面分配效果，从而利于强化第一主换热区的换热性能，随着制冷剂在换热过程中气相比重提升，液相比重下降，第一凸点沿换热板片宽度方向的尺寸大于第二凸点沿换热板片宽度方向的尺寸，第二主换热区有利于为制冷剂提供比第一主换热区相对低的流动压降，从而使得气相占比较大的制冷剂能够快速流出，这样基于制冷剂气液两相流动的特征，有利于提高换热板片的换热效果，优化板式换热器的换热效率。
[0009]
第二方面，本申请采用的技术方案涉及一种板式换热器的换热板片，其包括制冷剂进口、制冷剂出口、围绕所述制冷剂进口的进口区域、围绕所述制冷剂出口的出口区域、以及连接于所述进口区域与所述出口区域之间的连通区域，所述换热板片在所述连通区域形成供制冷剂从所述进口区域流动至所述出口区域的流动通道；
[0010]
所述连通区域包括第一主换热区域以及第二主换热区域；所述第一主换热区域比所述第二主换热区域靠近所述进口区域；所述第二主换热区比所述第一主换热区靠近所述出口区域；所述第一主换热区域设有若干间隔设置的第一凸点，所述第二主换热区域设有若干间隔设置的第二凸点；所述若干第一凸点和所述若干第二凸点均沿着所述换热板片的长度方向多排分布；
[0011]
所述第一凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸等于所述第二凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸；且所述第一凸点沿着所述换热板片的宽度方向的尺寸大于第一凸点沿着换热板片的长度方向的尺寸；各所述第一凸点在所述第一主换热区域所占的区域面积之和与所述第一主换热区域的面积的比值大于各所述第二凸点在所述第二主换热区域的面积之和与所述第一主换热区域的面积的比值。
[0012]
在本申请提供的技术方案中，由于第一主换热区域的第一凸点沿着换热板片宽度方向的尺寸大于第一凸点沿着换热板片长度方向的尺寸，有利于制冷剂在液相比重较高时获得较好的流体扰动和板面分配效果，从而利于强化第一主换热区的换热性能，随着制冷剂在换热过程中气相比重提升，液相比重下降，第二凸点沿换热板片宽度方向的尺寸等于第一凸点沿换热板片宽度方向的尺寸，且各第二凸点在第二主换热区域所占的区域面积之和与第二主换热区域的面积的比值大于各第一凸点在第一主换热区域的面积之和与第一主换热区域的面积的比值，从而凸点分布密度较小的第二主换热区有利于为制冷剂提供比第一主换热区相对低的流动压降，从而使得气相占比较大的制冷剂能够快速流出，这样基于制冷剂气液两相流动的特征，有利于提高换热板片的换热效果，优化板式换热器的换热效率。
附图说明
[0013]
图1是本申请板式换热器的换热板片在一种实施方式中的立体示意图。
[0014]
图2是图1另一角度的立体示意图。
[0015]
图3是图1的俯视图，其中标明了不同的换热区域与示意性的制冷剂流动的方向。
[0016]
图4是图1的主视图。
[0017]
图5是图1的左视图。
[0018]
图6是图3中进口区域的局部放大图。
[0019]
图7是图3中第一主换热区域的局部放大图。
[0020]
图8是图3中第一过渡区域的局部放大图。
[0021]
图9是图3中转弯区域的局部放大图。
[0022]
图10是图3中第二过渡区域的局部放大图。
[0023]
图11是图3中第二主换热区域的局部放大图。
[0024]
图12是图3中出口区域的局部放大图。
[0025]
图13是图7中第一凸点在另一实施方式中的俯视图。
[0026]
图14是图3中板式换热器的换热板片在另一种实施方式中的俯视图，其中标明了不同的换热区域与示意性的制冷剂流动的方向。
具体实施方式
[0027]
本申请涉及一种板式换热器(未图示)，其包括若干堆叠设置的换热板片100，相邻的换热板片100之间形成相互间隔的第一流道与第二流道，其中所述第一流道用以供载冷剂(例如冷却液)流通，所述第二流道用以供制冷剂流通，以实现这两种介质的热交换。由于板式换热器的基本结构与工作原理已经被所属技术领域的技术人员熟知，本申请的具体实施方式中不再赘述。
[0028]
请参图1至图13所示，本申请的一种实施方式揭示了一种板式换热器的换热板片100，其包括制冷剂进口11、制冷剂出口21、围绕所述制冷剂进口11的进口区域1、围绕所述制冷剂出口21的出口区域2、连接于进口区域1与出口区域2之间的连通区域3，连通区域3在沿制冷剂流动的主流动方向上位于所述进口区域1与所述出口区域2之间，换热板片100在连通区域3形成供制冷剂从进口区域1流动至出口区域2的流动通道。
[0029]
连通区域3包括靠近所述进口区域1且与所述进口区域1连通的第一主换热区域4、与靠近所述出口区域2且所述出口区域2连通的第二主换热区域5、以及连接于所述第一主换热区域4与所述第二主换热区域5之间的过渡区域6。
[0030]
请参图3所示，在本申请的一种实施方式中，所述换热板片100的流道呈u形，也就是制冷剂以u形流动的方式在制冷剂进口11和制冷剂出口21之间流动，所述过渡区域6包括与所述第一主换热区域4相连且在制冷剂主流动方向上位于所述第一主换热区域4的下游的第一过渡区域7、与所述第二主换热区域2相连且在制冷剂主流动方向上位于所述第二主换热区域2的上游的第二过渡区域8、以及连接于所述第一过渡区域7与所述第二过渡区域8之间的转弯区域9。请参图8及图10所示，所述第一过渡区域7沿所述换热板片100的长度方向l-l的长度l7大于所述第二过渡区域8沿所述换热板片100的长度方向l-l的长度l8。
[0031]
请参图6所示，所述换热板片100在所述进口区域1内设有沿围绕所述制冷剂进口11的方向分布的若干彼此间隔的进口导流凸起12，以强化制冷剂流通的分配，改善进口处流体流动的均匀性和稳定性。请参图12所示，所述换热板片100在所述出口区域2内设有围绕所述制冷剂出口21的方向分布的若干彼此间隔的出口导流凸起22，以强化制冷剂流通的分配，改善出口处流体流动的均匀性和稳定性。需要说明的是，请参图6及图12所示，在本申请图示的实施方式中，所述进口导流凸起12在围绕所述制冷剂进口11外围的优弧上c1上均匀分布；所述出口导流凸起22在围绕所述制冷剂出口21外围的优弧上c2上均匀分布。
[0032]
在本申请图示的实施方式中，请参图7及图11所示，所述第一主换热区域4设有若干间隔设置的第一凸点41，所述第二主换热区域5设有若干间隔设置的第二凸点51。所述第一凸点41形成了位于所述第一主换热区域4的点波。所述第二凸点51形成了位于所述第二主换热区域5的点波。
[0033]
请参图1及图3所示，在本申请图示的实施方式中，所述换热板片100大致呈圆角矩形，其包括顶壁101、沿换热板片100的宽度方向w-w延伸的宽度边框102、沿换热板片100的长度方向l-l延伸的长度边框103以及分隔部105，其中所述宽度边框102与所述长度边框103沿着所述顶壁101的边缘折弯形成翻边，所述分隔部105的延伸方向与所述换热板片100的长度方向l-l相同。在本申请图示的实施方式中，所述第一凸点41以及所述第二凸点51均向上凸出所述顶壁101所在的平面，所述分隔部105向下凸出所述顶壁101所在的平面。所述换热板片100包括被所述分隔部105的延伸方向分开的第一侧(例如图3中的上侧)和第二侧
(例如图3中的下侧)。所述制冷剂进口11、所述进口区域1以及所述第一主换热区4位于所述第一侧，所述制冷剂出口21、所述出口区域2以及所述第二主换热区5位于所述第二侧。
[0034]
请参图7所示，在本申请图示的实施方式中，所述第一凸点41沿着所述换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1大于所述第一凸点41沿着所述换热板片100的长度方向l-l的中心线c-c处的尺寸l2。如此设置，通过第一凸点41的沿着换热板片100的宽度方向w-w的相对较大的尺寸l1可以改善了制冷剂在靠近进口区域处的分配效果；另外，对整个制冷剂侧干度最低的区域采取强化换热措施，增强了所述第一主换热区域4内液相局部蒸发效果，实现了蒸发触发效应(boiling onset)。一些实施方式中，60％以上的所述第一主换热区域4被所述第一凸点41覆盖。请参图7所示，在本申请的一种实施方式中，所述第一凸点41为横截面为椭圆形的凸点。所述第一凸点41的椭圆形的长轴延长线所在方向与所述换热板片100的宽度方向w-w相同，所述第一凸点41的椭圆形的短轴延长线所在方向与所述换热板片100的长度方向l-l相同。当然在其他实施方式中，请参图13所示，所述第一凸点41的形状也可以为月牙形。可以理解，在其他实施方式中，所述第一凸点41的形状也可以为菱形、腰果形、或者前述至少两种形状的组合。请结合图13所示，当所述第一凸点41的形状为月牙形或者腰果形时，所述第一凸点41的凹口411朝向所述制冷剂进口11设置。
[0035]
请参图7所示，在本申请的一种实施方式中，所述第一凸点41沿着所述换热板片100的长度方向l-l呈多排布置，所述第一凸点41沿着所述换热板片100的宽度方向w-w呈多列布置；位于相邻两列上的所述第一凸点41沿着所述换热板片100的长度方向l-l交错布置。
[0036]
请参图11所示，在本申请图示的实施方式中，所述第二凸点51为横截面为椭圆形的凸点，其中所述第二凸点51沿着所述换热板片100的长度方向l-l的尺寸l3大于所述第二凸点51沿着所述换热板片100的宽度方向w-w的中心线d-d处的尺寸l4。所述第二凸点51的椭圆形的长轴延长线所在方向与所述换热板片100的长度方向l-l相同，所述第二凸点51的椭圆形的短轴延长线所在方向与所述换热板片100的宽度方向w-w相同。如此设置，采用纵向设置的椭圆，以适当的压降和通道结构，有利于实现高干度区(蒸发换热dry-out点)及过热区的强化换热。
[0037]
所述过渡区域6设有若干间隔设置的第三凸点70，以适量降低压降，并为流体拐弯提供适当的通道结构。请参考图8及图10所示，在本申请的一种实施方式中，所述第三凸点70为横截面为正圆形的凸点，其包括位于所述第一过渡区域7的若干间隔布置的第一圆形凸点71以及位于所述第二过渡区域8的若干间隔布置的第二圆形凸点81。所述第一圆形凸点71以及所述第二圆形凸点81均向上凸出所述顶壁101所在的平面。所述第一圆形凸点71形成了位于所述第一过渡区域7的点波，所述第二圆形凸点81形成了位于所述第二过渡区域8的点波。所述第一圆形凸点71沿着所述换热板片100的长度方向l-l呈多排布置，所述第一圆形凸点71沿着所述换热板片100的宽度方向w-w呈多列布置，位于相邻两列上的所述第一圆形凸点71沿着所述换热板片100的长度方向l-l交错布置。所述第二圆形凸点81沿着所述换热板片100的长度方向l-l呈多排布置，所述第二圆形凸点81沿着所述换热板片100的宽度方向w-w呈多列布置，位于相邻两列上的所述第二圆形凸点81沿着所述换热板片100的长度方向l-l交错布置。
[0038]
在第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1大于第二凸点51沿着换
热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4的条件下，第一凸点41同时满足第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1大于第一凸点41沿着换热板片100的长度方向l-l的尺寸l2。
[0039]
由于第一主换热区域4的第一凸点41沿着换热板片宽度方向w-w的尺寸大于第一凸点41沿着换热板片100的长度方向l-l的尺寸，使得制冷剂的流动路径相对曲折，有利于制冷剂在液相比重较高时获得较好的流体扰动和板面分配效果，从而利于强化第一主换热区4的换热性能，随着制冷剂在换热过程中气相比重提升，液相比重下降，第一凸点41沿换热板片100的宽度方向w-w的尺寸大于第二凸点51沿换热板片100的宽度方向w-w的尺寸，第二主换热区5有利于为制冷剂提供比第一主换热区51相对低的流动压降，从而使得气相占比较大的制冷剂能够快速流出，这样基于制冷剂气液两相流动的特征，有利于提高换热板片的换热效果，优化板式换热器的换热效率。
[0040]
各第一凸点41在第一主换热区域4所占的区域面积之和与第一主换热区域4的面积之比大于各第二凸点51在第二主换热区域5的面积之和与所述第二主换热区域5的面积之比。在第一主换热区4设置面积之和占比相对较大的若干第一凸点41可以提供相对较大的流动阻力，从而使得制冷剂的流动路径相对蜿蜒曲折，这是较好的强化换热手段。
[0041]
在一些实施方式中，所述第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1与沿着换热板片100的长度方向l-l的尺寸l2的比值记为第一比值；所述第二凸点51沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4与沿着换热板片100的长度方向l-l的尺寸l3的比值记为第二比值，所述第一比值大于所述第二比值。
[0042]
所述第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1大于等于所述第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31，所述第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31大于等于所述第二凸点51沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4；也就是说，当第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1等于所述第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31时，第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31大于所述第二凸点51沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4。当第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1大于所述第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31时，第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31可以大于等于所述第二凸点51沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4。
[0043]
所述第三凸点70沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l31与沿着换热板片100的长度方向l-l的l32的比值记为第三比值，所述第一比值大于所述第三比值，所述第三比值大于所述第二比值。
[0044]
第一比值、第三比值和第二比值依次递减，从而流体在三个区域内的流动路径曲折程度逐渐下降，这与制冷剂在流动过程中气相比重上升液相比重下降的趋势相关，从而有利于配合气液两相流动的制冷剂能够达到更好的换热效率。
[0045]
第二主换热区5的通道结构有利于为制冷剂提供比第一主换热区4相对低的流动压降，从而使得气相占比较大的制冷剂能够快速流出，从而利于减少换热能力相对弱的制冷剂在板片的停留时间，降低对板片换热性能的影响，这样基于制冷剂气液两相流动的特征，有利于提高所述换热板片100的换热效果，优化板式换热器的换热性能。
[0046]
在一些实施方式中，第一凸点41沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l1等于第二凸点51沿着换热板片100的宽度方向w-w的尺寸l4；且第一凸点41沿着换热板片100的宽
度方向w-w的尺寸l1大于第一凸点41沿着换热板片100的长度方向l-l的尺寸l2；各第一凸点41在第一主换热区域4所占的区域面积之和与第一主换热区域4的面积之比大于各第二凸点51在第二主换热区域5的面积之和与第二主换热区域5的面积之比。
[0047]
第一凸点41和第二凸点51可以是形状尺寸完全相对的凸点结构，但是同一排的相邻两个第一凸点41的间距比同一排的相邻两个第二凸点51较小。从而第一凸点41相比第二凸点51在各自对应的换热区域内的密度分布较大。第一凸点41和第二凸点51也可以形状和尺寸不相等，虽然第一凸点41和第二凸点51在沿换热板片100的宽度方向w-w尺寸相同，但第一凸点41在沿换热板片100的长度方向l-l的尺寸可以小于第二凸点51在沿换热板片100的长度方向l-l的尺寸。在同样面积的换热区域，沿换热板片100的长度方向l-l上第一凸点41分布的排数要多于第二凸点51分布的排数。
[0048]
这样做的目的也是有利于降低第二主换热区域5内凸点结构的分布密度，使得第二主换热区5有利于为制冷剂提供比第一主换热区4相对低的流动压降，从而使得气相占比较大的制冷剂能够快速流出，从而利于减少换热能力相对弱的制冷剂在板片的停留时间，降低对板片换热性能的影响。
[0049]
请参图7及图8所示，为了强化换热，所述第一主换热区域4沿所述换热板片100的长度方向l-l的长度l5与所述第一过渡区域7沿所述换热板片100的长度方向l-l的长度l7的比值为x，5:5≤x≤8:2。在一些具体的实施方式中，x＝6:4。
[0050]
请参图3所示，制冷剂进口11和制冷剂出口21位于换热板片100的长度方向l-l的同侧(如图3中的右侧)，所述制冷剂进口11与所述制冷剂出口21沿所述换热板片100的宽度方向w-w对齐布置。所述换热板片100包括位于所述转弯区域9内的载冷剂进口91以及载冷剂出口92，所述载冷剂进口91与所述载冷剂出口92位于换热板片100的长度方向l-l的同侧(如图3中的左侧)，所述载冷剂进口91与所述载冷剂出口92沿所述换热板片100的宽度方向w-w对齐布置。所述载冷剂出口92位于所述第一侧，所述载冷剂进口91位于所述第二侧。当然，在其他实施方式中，所述制冷剂进口11和所述制冷剂出口21也可以呈对角设置。请参图3所示，所述载冷剂进口91与所述换热板片100的宽度边框102之间设有流动面积最小的第一流通截面s1，所述载冷剂进口91与所述第二过渡区域8之间设有流动面积最小的第二流通截面s2，所述载冷剂出口21与所述换热板片100的宽度边框102之间设有流动面积最小的第三流通截面s3，所述载冷剂出口21与所述第一过渡区域7之间设有流动面积最小的第四流通截面s4，所述第一流通截面s1的截面积与所述第二流通截面s2的截面积的比值为y，1:1≤y≤1:3；所述第三流通截面s3的截面积与所述第四流通截面s4的截面积的比值为z，1:1≤z≤1:3。如此设置，通过增加外弯的流量分配，让气态制冷剂夹带液态制冷剂能更顺利拐弯，防止出现气液分离现象。
[0051]
所述第一过渡区域7与所述第一主换热区域4相连且所述第一过渡区域7位于所述第一侧；所述第二过渡区域8与所述第二主换热区域5相连且所述第二过渡区域8位于所述第二侧，所述转弯区域9自所述第一侧延伸至所述第二侧。
[0052]
此外，请参图3、图7及图11所示，所述换热板片100包括自所述长度边框103的内边缘向所述第一主换热区域4以及所述第二主换热区域5延伸的若干防旁通凸起104，从而防止制冷剂沿着所述长度边框103以偏直线的方式流过，而不流经所述换热板片100中间的第一主换热区域4以及第二主换热区域5。
[0053]
请参图14所示，在本申请的另一实施方式中，所述换热板片100的流道呈i形，所述第一主换热区域4、所述过渡区域6以及所述第二主换热区域5沿所述换热板片100的长度方向l-l依次布置，该三个区域可以自换热板片100的一侧长度边沿延伸至另一侧的长度边沿，从而三个区域对齐布置。所述制冷剂进口11与所述制冷剂出口21位于换热板片100宽度方向w-w的同侧，所述制冷剂进口11与所述制冷剂出口21沿所述换热板片100的长度方向l-l对齐布置；所述换热板片100包括位于所述制冷剂进口11的下方的载冷剂出口92以及位于所述制冷剂出口21的下方的载冷剂进口91，相应的，所述载冷剂进口91与所述载冷剂出口92沿所述换热板片100的长度方向l-l对齐布置。位于所述第一主换热区域4的若干第一凸点41、位于所述第二主换热区域5的若干第二凸点51以及位于过渡区域6的第三凸点70均与图1至图13所示的实施方式相同，在此不再赘述。
[0054]
以上实施例仅用于说明本申请而并非限制本申请所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如对“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施例对本申请已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本申请进行修改或者等同替换，而一切不脱离本申请的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

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