一种适用于相变换热的微通道换热面板及换热器

摘要

本发明提供了一种适用于相变换热的微通道换热面板及换热器，所述适用于相变换热的微通道换热面板包括：板体以及设置在板体上的换热通道，所述换热通道设置有多个，所述换热通道包括进口段、预热段、蒸发段、过热段及出口段，所述进口段、预热段、蒸发段、过热段及出口段依次相连接，所述蒸发段包括第一分离段及第二蒸发段，所述第一分离段与第二蒸发段依次相连接，所述第一分离段用于使流经的流体气液分离，所述第二蒸发段用于使气液分离后的液相流体全部蒸发。本发明能够保证原有微通道换热面板所具有的换热比表面积大、换热效能高的优点，同时使微通道换热面板能够适用于带有相变过程的流体换热，在蒸发过程中实现气液相的自动分离。

说明书

技术领域：

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种适用于相变换热的微通道换热面板及换热器。

背景技术：

在热交换技术领域中，目前的微通道换热器是一种由换热核芯、封头、接管、法兰组合而成的新型高效换热器，具有紧凑度高、体积小、结构强度高、换热器效能高、承温承压能力高、换热通道可设计等特点。微通道换热器最早应用于航天、航空领域，用于飞行器或发动机部分表面的冷却，但是随着加工技术的成熟，微通道换热器在民用节能领域也具有巨大的使用前景，因此微通道换热器不仅在热交换技术领域备受重视，在能源动力行业中也是研究开发的热门。

现有微通道换热器的换热核芯是由加工有流道的冷热板片交替放置，并通过扩散焊接固连在一起的封装整体。其中，带有流道的冷热板均是统一构型，其通道的形式可以为半圆形或矩形槽，采用人字形波纹或正弦波纹为波形方式。上述的冷热板流道经典设计能够实现流体换热强化以及较高的比换热表面，但是，在具有相变的换热过程中，尤其是液体向气体转化时，统一构型的流道会产生高压从而抑制和推迟相变过程的发生，从而导致微通道无法在相变换热中有效利用，导致传热面积密度较低，缺少可满足相变换热需求的微通道换热器。

因此，本领域亟需一种适用于相变换热的微通道换热面板及换热器。

有鉴于此，提出本发明。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种具有使用效果更好的适用于相变换热的微通道换热面板及换热器，以解决现有技术中的至少一项技术问题。

具体的，本发明的第一方面，提供了一种适用于相变换热的微通道换热面板，所述适用于相变换热的微通道换热面板包括：板体以及设置在板体上的换热通道，所述换热通道设置有多个，所述换热通道包括进口段、预热段、蒸发段、过热段及出口段，所述进口段、预热段、蒸发段、过热段及出口段依次相连接，所述进口段用于待换热液进入换热通道中，所述预热段用于预热流经此段的流体，使其吸收热量，并转化为气液两相流体，所述蒸发段用于使流经此段的流体全部蒸发，所述过热段用于使全部蒸发后的流体继续吸收热量，所述出口段用于换热完成后的流体从换热通道中流出，所述蒸发段包括第一分离段及第二蒸发段，所述第一分离段与第二蒸发段依次相连接，所述第一分离段用于使流经的流体气液分离，所述第二蒸发段用于使气液分离后的液相流体全部蒸发。

采用上述结构，保证原有微通道换热面板所具有的换热比表面积大、换热效能高的优点，同时使微通道换热面板能够适用于带有相变过程的流体换热，在蒸发过程中实现气液相的自动分离，使传热面积密度维持在高位，也能够保证相变换热过程有序进行，使微通道换热面板在相变换热中得到有效利用。

优选地，所述第一分离段中设置有溢流堰及筛孔，在第一分离段中所述筛孔设置在溢流堰之后，所述筛孔设置有多个，所述溢流堰与换热通道的内壁相连接并突出于换热通道的内壁，所述溢流堰用于将未蒸发的液相流体截留并存蓄，所述筛孔设置在换热通道的侧壁上，能够连通两相邻的换热通道，所述筛孔用于已蒸发的气相流体依靠浮力通过，向第一分离段处的上层通道集中，实现气液相分离。

进一步地，所述溢流堰沿第一分离段处所受重力方向的反向进行延伸。

进一步地，所述溢流堰能够将其设置处的横截面积减少1/3-2/3。

进一步地，所述筛孔的轴线与第一分离段处所受的重力方向相重合。

采用上述结构，实际使用中，当气液相混合的流体流经第一分离段时，首先，由于重力作用液相流体集中在通道底部被溢流堰截留并蓄存，待被溢流堰截留蓄存的液相流体蒸发为气相上浮从溢流堰中飘离，或者待截留蓄存空间用尽液相流体从溢流堰中溢出，溢出的液相流体在通道中继续流动，经过筛孔时，受重力作用通过筛孔向下层通道中集中，实现对液相流体的汇集，其次，由于重力作用气相流体集中在通道顶部不会被溢流堰截留，通过溢流堰顶部的空间通过向前流动，下层通道中的气相流体经过筛孔时，受重力作用通过筛孔向上层通道中集中，实现对气相流体的汇集，进而完成气液相分离。

优选地，所述第二蒸发段中包括气相通道及液相通道，所述气相通道及液相通道并列设置，所述气相通道与第一分离段的上层通道相连通，所述液相通道与第一分离段的下层通道相连通，所述气相通道的横截面积大于液相通道的横截面积，所述液相通道并列设置有多个，且与同一第一分离段的下层通道相连通。

进一步地，所述液相通道并列设置有两个。

采用上述结构，实际使用中，第一分离段处能够实现气液相自动分离，该段的换热通道分为上下两层，上层的换热通道中流通气相流体，下层的换热通道中流通液相流体，在第二蒸发段中，下层的换热通道连通多个液相通道，增加了局部换热系数，便于实现液相流体的全部蒸发。

优选地，所述过热段处设置的过热通道横截面积小于预热段处通道的横截面积，且所述过热段处的过热通道数量多于预热段处通道的数量。

进一步地，一个所述气相通道与多个过热通道相连通。

进一步地，一个所述气相通道与两个过热通道相连通。

进一步地，所述过热段处的过热通道数量为预热段处的换热通道数量的2-3倍。

采用上述结构，能够增加过热段处的局部换热系数，保证气体最低压降下实现过热，使过热段处的热量能够被充分吸收，从而保证全部蒸发的气相流体进入过热段后继续吸收热量，且通过在同一微通道换热面板中，改变预热段、蒸发段、过热段各自的通道尺寸，能够实现不同相态流体在同一通道板中的高效换热。

具体的，本发明的第二方面，提供了一种换热器，所述换热器包括上述适用于相变换热的微通道换热面板。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明能够保证原有微通道换热面板所具有的换热比表面积大、换热效能高的优点，同时使微通道换热面板能够适用于带有相变过程的流体换热，在蒸发过程中实现气液相的自动分离，使传热面积密度维持在高位，也能够保证相变换热过程有序进行，使微通道换热面板在相变换热中得到有效利用；

2.本发明能够增加过热段处的局部换热系数，保证气体最低压降下实现过热，使过热段处的热量能够被充分吸收，从而保证全部蒸发的气相流体进入过热段后继续吸收热量，且通过在同一微通道换热面板中，改变预热段、蒸发段、过热段各自的通道尺寸，能够实现不同相态流体在同一通道板中的高效换热。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的适用于相变换热的微通道换热面板一种实施方式的示意图；

图2为本发明的适用于相变换热的微通道换热面板另一种实施方式的示意图；

图3为图2的局部放大图。

附图标记说明：

通过上述附图标记说明，结合本发明的实施例，可以更加清楚的理解和说明本发明的技术方案。

1、板体；2、换热通道；21、进口段；22、预热段；23、蒸发段；231、第一分离段；2311、溢流堰；2312、筛孔；232、第二蒸发段；2321、气相通道；2322、液相通道；24、过热段；241、过热通道；25、出口段。

具体实施方式：

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

如图1及图2所示，本发明提供了一种适用于相变换热的微通道换热面板，所述适用于相变换热的微通道换热面板包括：板体1以及设置在板体1上的换热通道2，所述换热通道2设置有多个，所述换热通道2包括进口段21、预热段22、蒸发段23、过热段24及出口段25，所述进口段21、预热段22、蒸发段23、过热段24及出口段25依次相连接，所述进口段21用于待换热液进入换热通道2中，所述预热段22用于预热流经此段的流体，使其吸收热量，并转化为气液两相流体，所述蒸发段23用于使流经此段的流体全部蒸发，所述过热段24用于使全部蒸发后的流体继续吸收热量，所述出口段25用于换热完成后的流体从换热通道2中流出，所述蒸发段23包括第一分离段231及第二蒸发段232，所述第一分离段231与第二蒸发段232依次相连接，所述第一分离段231用于使流经的流体气液分离，所述第二蒸发段232用于使气液分离后的液相流体全部蒸发。

采用上述结构，保证原有微通道换热面板所具有的换热比表面积大、换热效能高的优点，同时使微通道换热面板能够适用于带有相变过程的流体换热，在蒸发过程中实现气液相的自动分离，使传热面积密度维持在高位，也能够保证相变换热过程有序进行，使微通道换热面板在相变换热中得到有效利用。

如图2及图3所示，所述第一分离段231中设置有溢流堰2311及筛孔2312，在第一分离段231中所述筛孔2312设置在溢流堰2311之后，所述筛孔2312设置有多个，所述溢流堰2311与换热通道2的内壁相连接并突出于换热通道2的内壁，所述溢流堰2311用于将未蒸发的液相流体截留并存蓄，所述筛孔2312设置在换热通道2的侧壁上，能够连通两相邻的换热通道2，所述筛孔2312用于已蒸发的气相流体依靠浮力通过，向第一分离段231处的上层通道集中，实现气液相分离，所述溢流堰2311沿第一分离段231处所受重力方向的反向进行延伸，所述溢流堰2311能够将其设置处的横截面积减少1/2，所述筛孔2312的轴线与第一分离段231处所受的重力方向相重合。

采用上述结构，实际使用中，当气液相混合的流体流经第一分离段231时，首先，由于重力作用液相流体集中在通道底部被溢流堰2311截留并蓄存，待被溢流堰2311截留蓄存的液相流体蒸发为气相上浮从溢流堰2311中飘离，或者待截留蓄存空间用尽液相流体从溢流堰2311中溢出，溢出的液相流体在通道中继续流动，经过筛孔2312时，受重力作用通过筛孔2312向下层通道中集中，实现对液相流体的汇集，其次，由于重力作用气相流体集中在通道顶部不会被溢流堰2311截留，通过溢流堰2311顶部的空间通过向前流动，下层通道中的气相流体经过筛孔2312时，受重力作用通过筛孔2312向上层通道中集中，实现对气相流体的汇集，进而完成气液相分离。

在本发明的一些优选实施方式中，所述溢流堰2311能够将其设置处的横截面积减少1/3。

在本发明的一些优选实施方式中，所述溢流堰2311能够将其设置处的横截面积减少2/3。

如图2及图3所示，所述第二蒸发段232中包括气相通道2321及液相通道2322，所述气相通道2321及液相通道2322并列设置，所述气相通道2321与第一分离段231的上层通道相连通，所述液相通道2322与第一分离段231的下层通道相连通，所述气相通道2321的横截面积大于液相通道2322的横截面积，所述液相通道2322并列设置有两个，且与同一第一分离段231的下层通道相连通。

采用上述结构，实际使用中，第一分离段231处能够实现气液相自动分离，该段的换热通道2分为上下两层，上层的换热通道2中流通气相流体，下层的换热通道2中流通液相流体，在第二蒸发段232中，下层的换热通道2连通多个液相通道2322，增加了局部换热系数，便于实现液相流体的全部蒸发。

如图2及图3所示，所述过热段24处设置的过热通道241横截面积小于预热段22处通道的横截面积，且所述过热段24处的过热通道241数量多于预热段22处通道的数量，一个所述气相通道2321与两个过热通道241相连通，所述过热段24处的过热通道241数量为预热段22处的换热通道2数量的2倍。

采用上述结构，能够增加过热段24处的局部换热系数，保证气体最低压降下实现过热，使过热段24处的热量能够被充分吸收，从而保证全部蒸发的气相流体进入过热段24后继续吸收热量，且通过在同一微通道换热面板中，改变预热段22、蒸发段23、过热段24各自的通道尺寸，能够实现不同相态流体在同一通道板中的高效换热。

在本发明的一些优选实施方式中，所述过热段24处的过热通道241数量为预热段22处的换热通道2数量的3倍。

在本发明的一些优选实施方式中，所述出口段25处的通道数量多于进口段21处的通道数量。

在本发明的一些优选实施方式中，所述出口段25处的通道数量等于预热段22处的换热通道2数量。

在本发明的一些优选实施方式中，所述换热通道2的横截面可以为半圆形、矩形、梯形、倒梯形、三角形、椭圆形中的一种。

在本发明的一些优选实施方式中，所述预热段22、第二蒸发段232及过热段24处通道采用人字形波纹、正弦波纹中的一种或两种。

具体的，本发明的第二方面，提供了一种换热器，所述换热器包括上述适用于相变换热的微通道换热面板。

综上所述，本发明能够保证原有微通道换热面板所具有的换热比表面积大、换热效能高的优点，同时使微通道换热面板能够适用于带有相变过程的流体换热，在蒸发过程中实现气液相的自动分离，使传热面积密度维持在高位，也能够保证相变换热过程有序进行，使微通道换热面板在相变换热中得到有效利用；本发明能够增加过热段24处的局部换热系数，保证气体最低压降下实现过热，使过热段24处的热量能够被充分吸收，从而保证全部蒸发的气相流体进入过热段24后继续吸收热量，且通过在同一微通道换热面板中，改变预热段22、蒸发段23、过热段24各自的通道尺寸，能够实现不同相态流体在同一通道板中的高效换热。

应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。