CN115790247B - 均流部件及换热装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种均流部件及换热装置。均流部件包括底壁和侧壁，底壁包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口，侧壁连接于底壁的周侧并与底壁围合形成用于容纳介质的腔室、及与腔室连通的第二端口，第二端口的截面积S2大于第一端口的截面积S1使从第一端口进入的介质从第二端口流出时向周围扩散；侧壁朝向腔室的表面包括沿第一方向相对设置的，至少部分壁面为朝向腔室方向凸出的弧面的第一壁面和第二壁面，在第二方向上至少部分腔室的截面积逐渐增大，减少了介质进入喇叭状腔室后的产生的空腔体积，减弱了均流部件内的涡流强度，改善了均流部件内由于涡流现象引起的流束集中现象，提高了均流部件的均流效果。

Description

均流部件及换热装置

技术领域

本申请涉及换热技术领域，具体涉及一种均流部件及换热装置。

背景技术

热交换器，是将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。热交换器在工业生产中的应用极为普遍，遍及动力、冶金、化工、石油、食品、医药及航空航天等各工业部门。能够承受高温高压、体积紧凑、换热效能高、成本可接受的印刷电路板式换热器(PCHE)是很有前景的发展方向。

印刷电路板式换热器是一种紧凑式换热器，其内部设置有许多的微流道，但介质在换热器中的分配不均，制约着换热器换热性能的发展。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种均流部件及换热装置以改善介质在换热装置内分配不均的问题，提高均流部件的均流效果。

第一方面，本申请提供了一种均流部件，包括底壁和侧壁，底壁包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口；侧壁连接于底壁的周侧并与底壁围合形成用于容纳介质的腔室、及与腔室连通的第二端口，侧壁朝向腔室的表面包括沿第一方向相对设置的第一壁面和第二壁面，至少部分第一壁面为朝向腔室方向凸出的弧面，和/或，至少部分第二壁面为朝向腔室方向凸出的弧面，其中，第二端口和底壁沿第二方向相对设置，第二端口的截面积S2大于第一端口的截面积S1，在第二方向上至少部分腔室的截面积逐渐增大，第二方向与第一方向相交。

在一些实施例中，侧壁还包括沿第三方向相对设置的第三壁面和第四壁面，第一壁面和第二壁面的形状和尺寸相同，第三壁面和第四壁面形状和面积相同。

在一些实施例中，底壁在第一方向上的延伸长度L1小于底壁在第三方向上的延伸长度L2。

在一些实施例中，第三壁面和第四壁面是平面。

在一些实施例中，第三壁面和第四壁面是朝向腔室方向凸出的弧面。

在一些实施例中，在第二方向上，腔室的截面积逐渐增大。

在一些实施例中，第一端口的面积S1与底壁的面积相等，侧壁均为朝向腔室方向凸出的弧面。

在一些实施例中，侧壁上设置有至少一个朝向腔室凸起的扰流体。

在一些实施例中，扰流体的高度不超过5mm。

在一些实施例中，在侧壁上，多个扰流体从第一端口呈直线延伸至第二端口，和/或，在侧壁上，多个扰流体从第一端口呈螺旋状延伸至第二端口。

在一些实施例中，腔室内设置有至少一个扰流板，扰流板覆盖至少部分所述腔室，扰流板上设置有至少一个供介质流通的开孔。

在一些实施例中，从扰流板的中心到扰流板的边缘的方向上，开孔的面积逐渐增大。

在一些实施例中，从扰流板的中心到扰流板的边缘的方向上，依次设置有n个扰流区（n≥2），每个扰流区内的开孔的面积相同。

在一些实施例中，位于扰流板的中心位置的扰流区的面积不低于扰流板面积的一半。

在一些实施例中，在第二方向上，至少一个扰流板到第二端口的距离不低于腔室长度的三分之一。

第二方面，本申请提供了一种换热装置，包括上述任一第一方面的均流部件。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例中的均流部件，包括底壁和侧壁，底壁包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口，侧壁连接于底壁的周侧并与底壁围合形成用于容纳介质的腔室、及与腔室连通的第二端口，第二端口的截面积S2大于第一端口的截面积S1使从第一端口进入的介质从第二端口流出时向周围扩散，提高均流部件的均流效果；

侧壁朝向腔室的表面包括沿第一方向相对设置的第一壁面和第二壁面，至少部分第一壁面为朝向腔室方向凸出的弧面，和/或，至少部分第二壁面为朝向腔室方向凸出的弧面，在第二方向上至少部分腔室的截面积逐渐增大，减少了介质进入喇叭状腔室后的产生的空腔体积，降低了介质进入均流部件后的离心力与压强梯度强度，减弱了均流部件内的涡流强度，改善了均流部件内由于涡流现象引起的流束集中现象，提高了均流部件的均流效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常规均流部件的结构示意图；

图2为本申请实施例中的均流部件的结构示意图；

图3为本申请实施例中的均流部件的侧视图；

图4为本申请实施例中的均流部件的俯视图；

图5为本申请另一实施例中的均流部件的结构示意图；

图6为本申请另一实施例中的均流部件的结构示意图；

图7为本申请另一实施例中的均流部件的结构示意图；

图8为本申请另一实施例中的均流部件的侧视图；

图9为本申请另一实施例中的均流部件的俯视图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1、均流部件；11、底壁；111、第一端口；12、侧壁；121、第一壁面；122、第二壁面；123、第三壁面；124、第四壁面；125、第二端口；13、腔室；14、扰流体；15、扰流板；151、开孔；

2、介质管路；

1'、常规均流部件；13'、常规腔室。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

交换器是现代工业中进行能源回收利用的重要部件。随着石油化工、海洋工程、核能、光热等领域对于换热器效能、耐高温、耐高压能力的更高要求，一类结合化学蚀刻微流道成型技术和扩散焊焊接技术的微通道紧凑式换热器(PCHE)逐渐变得热门

PCHE利用化学蚀刻在换热板上蚀刻出直径0.5mm至2.0mm的微细流道，使PCHE的换热面密度可以达到2500m²/m³，但其密集的微通道排列导致的工质流量分配不均，成为制约换热器效能的一大重要因素。

请参照图1，图1为一种常规均流部件示意图。

如图1所示，在现有技术中为了使工质均匀进入换热装置，通常在介质管路2与换热装置入口端增设一个常规均流部件1'，常规均流部件1'有一个半圆柱的常规腔室13'，介质管路2连接在半圆柱的曲面上，以提高介质的均流效果。

本申请发明人注意到，常规均流部件1'并不能达到理论的均流效果。发明人发现，在常规均流部件中，介质进入半圆柱腔室后，外凸的半圆柱曲面会形成较大的空腔，介质流至空腔时，由于压力差作用会在此处产生涡流，涡流会造成流束集中，从而降低均流部件的均流效果。

基于发明人发现的上述问题，为了提升均流部件的均流效能，发明人经过深入研究，对均流部件进行了改进，本申请实施例描述的技术方案适用于均流部件以及使用均流部件的各种装置。

请参照图2至图4，图2为本申请实施例中的均流部件1的结构示意图，图3为本申请实施例中的均流部件1的侧视图，图4为本申请实施例中的均流部件1的俯视图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图2至图4所示，一种均流部件包括底壁11和侧壁12，底壁11包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口111；侧壁12连接于底壁11的周侧并与底壁11围合形成用于容纳介质的腔室13、及与腔室13连通的第二端口125，侧壁12朝向腔室13的表面包括沿第一方向X相对设置的第一壁面121和第二壁面122，至少部分第一壁面121为朝向腔室13方向凸出的弧面，和/或，至少部分第二壁面122为朝向腔室13方向凸出的弧面，其中，第二端口125和底壁11沿第二方向Y相对设置，第二端口125的截面积S2大于第一端口111的截面积S1，在第二方向Y上至少部分腔室13的截面积逐渐增大，第二方向Y与第一方向X相交。

可选的，第一方向为图2中的X方向，与第一方向X相交的第二方向是Y方向。

可选的，均流部件1的材质可以是不锈钢、铜、铜合金、钛合金或复合材料中的任一种。

可选的，朝向腔室13方向凸出的弧面的圆心角不小于90°，避免因弧面过于突出，阻碍介质在腔室13内的流动。

可选的，底壁11和侧壁12一体成型，保证了均流部件1有足够的强度。

可选的，均流部件1通过机加工、锻造及焊接方式加工而成。

在本申请实施例提供的均流部件1中，包括底壁11和侧壁12，底壁11包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口111，侧壁12连接于底壁11的周侧并与底壁11围合形成用于容纳介质的腔室13、及与腔室13连通的第二端口125，第二端口125的截面积S2大于第一端口111的截面积S1使从第一端口111进入的介质从第二端口125流出时向周围扩散，提高均流部件1的均流效果；侧壁12朝向腔室13的表面包括沿第一方向X相对设置的第一壁面121和第二壁面122，至少部分第一壁面121为朝向腔室13方向凸出的弧面，和/或，至少部分第二壁面122为朝向腔室13方向凸出的弧面，在第二方向Y上至少部分腔室13的截面积逐渐增大，减少了介质进入喇叭状腔室13后的产生的空腔体积，降低了介质进入均流部件1后的离心力与压强梯度强度，减弱了均流部件1内的涡流强度，改善了均流部件1内由于涡流现象引起的流束集中现象，提高了均流部件1的均流效果。

在一些可选实施例的技术方案中，如图2和图3所示，侧壁还包括沿第三方向Z相对设置的第三壁面123和第四壁面124，第一壁面121和第二壁面122的形状和尺寸相同，第三壁面123和第四壁面124形状和面积相同。

可选的，第三方向为图2中的Z方向。

可选的，第一壁面121、第二壁面122、第三壁面123和第四壁面124形状和尺寸相同。

在这些可选的实施例中，第一壁面121和第二壁面122的形状和尺寸相同，第三壁面123和第四壁面124的形状和尺寸相同，简化了制作工艺，提高了工业实用性。

在一些可选实施例的技术方案中，如图2和图3所示，底壁11在第一方向上的延伸长度L1小于底壁11在第三方向Z上的延伸长度L2。

在这些可选的实施例中，相比第一方向X，第三方向Z上产生的涡流强度较小，底壁11在第一方向X上的延伸长度L1小于底壁11在第三方向Z上的延伸长度L2，即增大了腔室13的截面积，使介质能分流到更大的区域，又避免了腔室13内第一方向X上空腔尺寸的增加，降低了腔室13内的涡流强度。

在一些可选实施例的技术方案中，如图2和图3所示，第三壁面123和第四壁面124是平面。

在这些可选的实施例中，平面设置的第三壁面123和第四壁面124降低了均流部件1的加工难度，并且平面设置的第三壁面123和第四壁面124也起到了支撑第一壁面121和第二壁面122的作用，增强了均流部件1的稳定性。

请参阅图5，图5为本申请另一实施例中的均流部件1的结构示意图。

在一些可选实施例的技术方案中，如图5所示，第三壁面123和第四壁面124是朝向腔室13方向凸出的弧面。

在这些可选的实施例中，第三壁面123和第四壁面124是朝向腔室13方向凸出的弧面，降低了空腔尺寸，消弱腔室13内涡流强度。

在一些可选实施例的技术方案中，如图5所示在第二方向Y上，腔室13的截面积逐渐增大。

在这些可选的实施例中，腔室13的截面积逐渐增大，改善了介质在进入腔室13后因压强差和离心力的突然增大而产生较大的涡流的现象，消减了因涡流现象引起的流束集中现象，提高均流效果。

在一些可选实施例的技术方案中，如图4和图5所示，第一端口111的面积S1与底壁（图未示出）的面积相等，侧壁12均为朝向腔室13方向凸出的弧面。

第一端口111的面积S1与底壁的面积相等，也就是均流部件1的底壁位置均设置为第一端口111。直观的，在该实施例的方案中，侧壁12直接和介质管路2连接，不再设置底壁。

可选的，均流部件1为喇叭形，第一端口111和第二端口125均为圆形。

在这些可选的实施例中，侧壁12均为朝向腔室13方向凸出的弧面，腔室13截面积逐渐增大，减小了介质进入腔室13后产生空腔的尺寸，消弱了第一方向X和第三方向Z上的涡流强度。

请参阅图6，图6为本申请另一实施例中的均流部件的结构示意图。

在一些可选实施例的技术方案中，如图6所示，侧壁12上设置有至少一个朝向腔室13凸起的扰流体14。

可选的，扰流体14可以与均流部件1一体成型。

在这些可选的实施例中，侧壁12上设置有至少一个朝向腔室13凸起的扰流体14，增大了侧壁12的摩擦力，同时扰流体14具有扰流作用，可以消弱涡流强度。

在一些可选实施例的技术方案中，如图6所示，扰流体14的高度不超过5mm。

在这些可选的实施例中，扰流体14的高度不超过5mm，防止扰流体14过大阻碍腔室13内介质的流动。

在一些可选实施例的技术方案中，如图6所示，在侧壁12上，多个扰流体14从第一端口111呈直线延伸至第二端口125，和/或，在侧壁12上，多个扰流体14从第一端口111呈螺旋状延伸至第二端口125。

可选的，在侧壁12上多个扰流体14首尾相连，形成一条凸棱。

可选的，多个扰流体14在侧壁12上呈环形排布。

在这些可选的实施例中，多个扰流体14从第一端口111呈直线延伸至第二端口125，和/或，在侧壁12上，多个扰流体14从第一端口111呈螺旋状延伸至第二端口125，增强了腔室13内壁的摩擦力，提高了介质在腔室13内的粘滞力，降低了介质进入腔室13内产生的涡流强度。

请参阅图7至图9，图7为本申请另一实施例中的均流部件1的结构示意图，图8为本申请另一实施例中的均流部件1的侧视图，图9为本申请另一实施例中的均流部件1的俯视图。

在一些可选实施例的技术方案中，如图7至图9所示，腔室13内设置有至少一个扰流板15，扰流板15覆盖至少部分所述腔室13，扰流板15上设置有至少一个供介质流通的开孔151。

可选的，扰流板15的材质可以是不锈钢、铜、铜合金、钛合金或复合材料中的任一种；可选的，扰流板15的材质与均流部件1相同。

可选的，扰流板15位于腔室在第一方向X的横截面上，以获得最大的有效扰流面积。

可选的，扰流板15所有边缘均与腔室13连接，以获得最大的扰流面积。

可选的，扰流板15上的开孔151形状相同；可选的，扰流板15上的开孔151为圆孔。

可选的，腔室13内仅设置有一个扰流板15，以避免介质压降过大。

可选的，腔室13内可以包括多个沿第一方向X在腔室13内交错设置的扰流板15，扰流板15的面积小于腔室13的截面积。

在这些可选的实施例中，腔室13内设置有至少一个扰流板15，扰流板15起到扰流作用，降低涡流强度，提高均流部件1的均流效果；扰流板15上设置有至少一个供介质流通的开孔151，改善了因设置扰流板15导致介质压降过大，影响介质的换热效果的问题。

在一些可选实施例的技术方案中，如图7至图9所示，从扰流板15的中心到扰流板15的边缘的方向上，开孔151的面积逐渐增大。

可选的，开孔151的直径在5mm至50mm之间。

可选的，扰流板15中心到扰流板15的边缘位置，开孔151的直径以等比数列或等差数列的形式增加。

在这些可选的实施例中，由于介质更多的集中在腔室13中心位置，因此通过提高扰流板15边部区域开孔151面积，提高了腔室13边部区域的流通面积，提高了腔室13边部区域的介质流量，提高了均流部件1的均流效果。

在一些可选实施例的技术方案中，如图7至图9所示，从扰流板15的中心到扰流板15的边缘的方向上，扰流板15上依次设置有n个扰流区（n≥2），在每个扰流区内，开孔151的面积相同。

可选的，每个扰流区的形状相同；可选的，扰流区的形状和扰流板15的形状相同。

可选的，每个扰流区内，开孔151的形状和面积相同。

在这些可选的实施例中，从扰流板15中心到扰流板15边缘的方向上，扰流板15上设置有n个扰流区，每个扰流区内的开孔151的面积相同，降低了开孔151工艺的操作难度，提高了生产效率。

在一些可选实施例的技术方案中，如图7至图9所示，位于扰流板15的中心位置的扰流区的面积不低于扰流板15面积的一半。

可选的，扰流板15上设置有三个扰流区，从扰流板15中心至扰流板15边缘的方向上，三个扰流区的面积比为2：1：1。

在这些可选的实施例中，由于介质更多的集中在腔室13中心位置，因此设置位于扰流板15中心位置的扰流区的面积不低于扰流板15面积的一半，能够起到更大的均流效果。

在一些可选实施例的技术方案中，如图7至图9所示，在第二方向Y上，扰流板15到第二端口125的距离L3不低于腔室13长度L4的三分之一。

在这些可选的实施例中，避免扰流板15过于靠近第二端口125，导致扰流板15对介质的阻碍作用过大，导致介质压降过大，影响换热装置的换热效果。

本申请实施例还提供一种换热装置，包括上述任一实施例提供的均流部件。

本申请实施例提供的换热装置，由于采用了上述任一实施例提供的均流部件，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (13)

1.一种均流部件，用于提高介质进入换热装置后的分配均匀度，其特征在于，所述均流部件包括：

底壁，包括沿其厚度方向贯穿设置的第一端口；

侧壁，连接于所述底壁的周侧并与所述底壁围合形成用于容纳介质的腔室、及与所述腔室连通的第二端口，所述侧壁朝向所述腔室的表面包括沿第一方向相对设置的第一壁面和第二壁面，至少部分所述第一壁面为朝向腔室方向凸出的弧面，和/或，至少部分所述第二壁面为朝向所述腔室方向凸出的弧面，

其中，所述第二端口和所述底壁沿第二方向相对设置，所述第二端口的截面积S2大于所述第一端口的截面积S1，在所述第二方向上所述腔室的截面积逐渐增大，所述第二方向与所述第一方向相交，所述侧壁上设置有至少一个朝向所述腔室凸起的扰流体。

2.根据权利要求1所述的均流部件，其特征在于，所述侧壁还包括沿第三方向相对设置的第三壁面和第四壁面，所述第一壁面和所述第二壁面的形状和尺寸相同，所述第三壁面和所述第四壁面形状和面积相同。

3.根据权利要求2所述的均流部件，其特征在于，所述底壁在所述第一方向上的延伸长度L1小于所述底壁在所述第三方向上的延伸长度L2。

4.根据权利要求2所述的均流部件，其特征在于，所述第三壁面和所述第四壁面是平面。

5.根据权利要求2所述的均流部件，其特征在于，所述第三壁面和所述第四壁面是朝向腔室方向凸出的弧面。

6.根据权利要求1所述的均流部件，其特征在于，所述第一端口的面积S1与所述底壁的面积相等，所述侧壁均为朝向腔室方向凸出的弧面。

7.根据权利要求1所述的均流部件，其特征在于，在所述侧壁上，多个所述扰流体从第一端口呈直线延伸至所述第二端口，和/或，在所述侧壁上，多个所述扰流体从第一端口呈螺旋状延伸至所述第二端口。

8.根据权利要求1所述的均流部件，其特征在于，所述腔室内设置有至少一个扰流板，所述扰流板覆盖至少部分所述腔室，所述扰流板上设置有至少一个供介质流通的开孔。

9.根据权利要求8所述的均流部件，其特征在于，从所述扰流板的中心到所述扰流板的边缘的方向上，所述开孔的面积逐渐增大。

10.根据权利要求9所述的均流部件，其特征在于，从所述扰流板的中心到所述扰流板的边缘的方向上，依次设置有n个扰流区（n≥2），在每个所述扰流区内，所述开孔的面积相同。

11.根据权利要求10所述的均流部件，其特征在于，位于所述扰流板的中心位置的所述扰流区的面积不低于所述扰流板面积的一半。

12.根据权利要求8所述的均流部件，其特征在于，在第二方向上，至少一个所述扰流板到所述第二端口的距离不低于所述腔室长度的三分之一。

13.一种换热装置，其特征在于，包括上述权利要求1至12任一项所述的均流部件。

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