一种板式双干度分流换热蒸发器的制作方法

本发明涉及一种蒸发器，特别涉及一种板式双干度分流换热蒸发器。

背景技术：

板式换热器是由若干相互平行的具有波纹表面的金属薄板叠加组合构成，金属薄板间的空间构成换热流道，板式换热器具有传热面积大，对数温差大，重量轻、占地面积小，拆装和清洗方便，而且容易改变换热面积或流程组合等优点，其广泛应用于医药、供热、暖通空调、食品生产、热回收、自然能源的利用等领域。由于应用于相变场合的专用板式蒸发器较少，而且应用一般结构的板式蒸发器往往难以获得满意的整体换热效果亦或者流动压降较大，增大耗功。中国专利文献号cn106152619a于2016年11月23日公布了一种矩形分流隔板式平行流蒸发器，具体公开了：包括：呈矩形的分流隔板以及包括进流分配管和出流分配管的集流管，其中：分流隔板表面设有条形连接槽，该连接槽的两端分别通过多孔扁管与进流分配管和出流分配管相连，该结构存在上述缺陷，因此，有必要做进一步改进。

技术实现要素：

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、节能环保、制造成本低、易生产、易实现、安全可靠、实用性强的板式双干度分流换热蒸发器，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种板式双干度分流换热蒸发器，包括前夹板和后夹板，及设置于前夹板与后夹板之间的换热模块；其特征在于：所述换热模块包括层叠式设置的一块以上入口低温换热板、一块以上中间下走低温换热板、一块以上中间上走低温换热板、一块以上高温换热板和一块以上出口低温换热板；其中，入口低温换热板、中间上走低温换热板、中间下走低温换热板、出口低温换热板和一块以上高温换热板共同组成一中间换热组件；入口低温换热板、中间上走低温换热板、出口低温换热板和一块以上高温换热板共同组成一端部换热组件；中间换热组件和端部换热组件分别设置一组以上；高温换热板设置于相邻两低温换热板之间；每块低温换热板两侧均构成有蒸发流体通道和高温流体通道，各蒸发流体通道相互连通，各高温流体通道相互连通；前夹板上设有分别连通蒸发流体通道两端的夹板蒸汽流体入口和夹板蒸汽流体出口，及设有分别连通高温流体通道两端的夹板高温流体入口和夹板高温流体出口。

所述入口低温换热板、中间下走低温换热板和出口低温换热板上分别设置有离心分流器，该离心分流器包括弧形的离心分流道，离心分流道的进口端为离心分流入口，出口端为离心分流出口，离心分流道由内壁面和外壁面构成，其中外壁面上设有若干离心通孔。

所述入口低温换热板上设有第一蒸发流体总入口、第一低干度流体出口和第一高干度流体出口，入口低温换热板所在的蒸发流体通道分隔有第一低干度流道和第一高干度流道；第一蒸发流体总入口分别连通夹板蒸汽流体入口和所在离心分流器的离心分流入口；第一低干度流道一端连通所在离心分流器的离心通孔，另一端连通第一低干度流体出口；第一高干度流道一端连通所在离心分流器的离心分流出口，另一端连通第一高干度流体出口。

所述中间下走低温换热板上设有第二蒸发流体总入口、第二低干度流体出口、第二高干度流体出口和第二末端排气口，中间下走低温换热板所在的蒸发流体通道分隔有第二低干度流道和第二高干度流道；第二蒸发流体总入口连通夹板蒸汽流体入口；第二低干度流道一端连通所在离心分流器的离心通孔，另一端连通相应的第二低干度流体出口；第二高干度流道一端连通所在离心分流器的离心分流出口，另一端连通相应的第二高干度流体出口；第二末端排气口连通夹板蒸汽流体出口。

所述中间上走低温换热板上设有第三蒸发流体总入口、第三低干度流体入口、第三高干度流体入口和第三蒸发流体混合出口，中间上走低温换热板所在的蒸发流体通道分隔有第三低干度流道和第三高干度流道；第三蒸发流体总入口连通夹板蒸汽流体入口；第三蒸发流体混合出口分别连通第三低干度流道一端和第三高干度流道一端；第三低干度流道另一端连通第三低干度流体入口；第三高干度流道另一端连通第三高干度流体入口。

所述出口低温换热板上设有第四蒸发流体总入口和第四末端排气口，出口低温换热板所在的蒸发流体通道分隔有第四低干度流道和第四高干度流道；第四低干度流道一端连通所在离心分流器的离心通孔，另一端连通相应的第四末端排气口；第四高干度流道一端连通所在离心分流器的离心分流出口，另一端连通相应的第四末端排气口；第四末端排气口连通夹板蒸汽流体出口。

同一中间换热组件中，入口低温换热板、中间下走低温换热板和出口低温换热板依次层叠，中间上走低温换热板设置两块，且分别层叠在入口低温换热板与中间下走低温换热板之间，及中间下走低温换热板与出口低温换热板之间：第一蒸发流体总入口、第三蒸发流体总入口、第二蒸发流体总入口和第四蒸发流体总入口相互连通；第一低干度流体出口连通相应的第三低干度流体入口，第一高干度流体出口连通相应的第三高干度流体入口，相应的第三蒸发流体混合出口连通中间下走低温换热板所在离心分流器的离心分流入口；第二低干度流体出口连通相应的第三低干度流体入口，第二高干度流体出口连通相应的第三高干度流体入口，相应的第三蒸发流体混合出口连通出口低温换热板所在离心分流器的离心分流入口。

同一端部换热组件中，第一低干度流体出口连通第三低干度流体入口；第一高干度流体出口连通第三高干度流体入口；第三蒸发流体混合出口连通出口低温换热板所在离心分流器的离心分流入口。

所述中间换热组件与端部换热组件层叠时，中间换热组件所在的第四蒸发流体总入口连通端部换热组件所在的第一蒸发流体总入口；两组中间换热组件层叠时，上一组中间换热组件所在的第四蒸发流体总入口连通下一组中间换热组件所在的第一蒸发流体总入口。

所述高温换热板上设有第五高温流体入口和第五高温流体出口；高温换热板所在的高温流体通道一端通过第五高温流体入口连通夹板高温流体入口，另一端通过第五高温流体出口连通夹板高温流体出口。

本发明通过上述结构的改良，有效地克服了普通板式蒸发器中液体蒸发换热过程存在的低干度蒸发换热效率不高，以及蒸发过程中后期流程的工质流速增大，气液相界面剪切力增大，导致压降显著增大的缺点。本结构能使高干度核态沸腾的高效换热区在各低温换热板中的高干度流道内提前实现，从而提高整体换热效率，降低了阻力压降。与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：基于蒸发换热原理，在板式蒸发器的工质蒸发过程，以“高、低干度分流换热”的方式蒸发，低干度流维持换热效率，高干度流强化换热，从而提高蒸发器的整体换热效率；通过高、低干度流体的分流，减弱两相流体中气、液界面的剪切力，降低管侧的阻力压降，并最终减小蒸发器的体积，节约耗材和能源。综合而言，其具有结构简单合理、性能优异、体积小、换热效果好、节能环保、制造成本低、易生产、易实现、安全可靠、实用性强等特点。

附图说明

图1为本发明第一实施例的分解图。

图2为本发明第一实施例入口低温换热板的结构示意图。

图3为本发明第一实施例中间下走低温换热板的结构示意图。

图4为本发明第一实施例中间上走低温换热板的结构示意图。

图5为本发明第一实施例高温换热板的结构示意图。

图6为本发明第一实施例出口低温换热板的结构示意图。

图7为本发明第一实施例离心分流器的结构示意图。

图8为本发明第二实施例的分解图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

第一实施例

参见图1-图7，本板式双干度分流换热蒸发器，包括前夹板11和后夹板12，及设置于前夹板11与后夹板12之间的换热模块，前夹板11与后夹板12相互连接，实现对换热模块的装配及保护；该换热模块包括层叠式设置的两块入口低温换热板13、一块中间下走低温换热板14、两块中间上走低温换热板15、五块高温换热板16和一块出口低温换热板17；其中，一入口低温换热板13、两中间上走低温换热板15、一中间下走低温换热板14、一出口低温换热板17和四块高温换热板16共同组成一中间换热组件a；一入口低温换热板13、一中间上走低温换热板15、一出口低温换热板17和两块高温换热板16共同组成一端部换热组件b；中间换热组件a和端部换热组件b分别设置一组，且相互层叠，彼此之间有一高温换热板16；高温换热板16设置于相邻两低温换热板之间；每块低温换热板两侧均构成有蒸发流体通道18和高温流体通道19，各蒸发流体通道18相互连通，各高温流体通道19相互连通；前夹板11上设有分别连通蒸发流体通道18两端的夹板蒸汽流体入口11.1和夹板蒸汽流体出口11.2，及设有分别连通高温流体通道19两端的夹板高温流体入口11.3和夹板高温流体出口11.4。通过上述结构的改良，有效地克服了普通板式蒸发器中液体蒸发换热过程存在的低干度蒸发换热效率不高，以及蒸发过程中后期流程的工质流速增大，气液相界面剪切力增大，导致压降显著增大的缺点。本结构能使高干度核态沸腾的高效换热区在各低温换热板中的高干度流道内提前实现，从而提高整体换热效率，降低了阻力压降。

进一步说，参见图7，入口低温换热板13、中间下走低温换热板14和出口低温换热板17上部分别设置有离心分流器20，该离心分流器20包括圆弧形的离心分流道20.1，离心分流道20.1的进口端为离心分流入口20.2，出口端为离心分流出口20.3，离心分流道20.1由圆弧形的内壁面20.4和圆弧形的外壁面20.5构成，其中外壁面20.5上设有若干离心通孔20.6。

进一步说，参见图2，入口低温换热板13包括第一换热基体13.1，第一换热基体13.1上设有第一蒸发流体总入口13.2、第一密封隔板13.3、第一低干度流体出口13.7、第一高干度流体出口13.8、第一高温流体入口通道13.9、第一高温流体出口通道13.11和第一末端排气口13.12；入口低温换热板13所在的蒸发流体通道18分隔有第一低干度流道13.4和第一高干度流道13.5；第一蒸发流体总入口13.2分别连通夹板蒸汽流体入口11.1和所在离心分流器20的离心分流入口20.2；第一低干度流道13.4一端连通所在离心分流器20的离心通孔20.6，另一端连通第一低干度流体出口13.7；第一高干度流道13.5一端连通所在离心分流器20的离心分流出口20.3，另一端连通第一高干度流体出口13.8；第一末端排气口13.12分别与高、低干度流道(13.5、13.4)之间通过第一密封隔板13.3隔离。

进一步说，参见图3，中间下走低温换热板14包括第二换热基体14.1，第二换热基体14.1上设有第二蒸发流体总入口14.2、第二密封隔板14.3、第二低干度流体出口14.7、第二高干度流体出口14.8、第二高温流体入口通道14.9、第二高温流体出口通道14.11和第二末端排气口14.12，中间下走低温换热板14所在的蒸发流体通道18分隔有第二低干度流道14.4和第二高干度流道14.5；第二蒸发流体总入口14.2连通夹板蒸汽流体入口11.1；第二低干度流道14.4一端连通所在离心分流器20的离心通孔20.6，另一端连通相应的第二低干度流体出口14.7；第二高干度流道14.5一端连通所在离心分流器20的离心分流出口20.3，另一端连通相应的第二高干度流体出口14.8；第二末端排气口14.12连通夹板蒸汽流体出口11.2；第二蒸发流体总入口14.2与离心分流入口20.2相隔绝，第二末端排气口14.12分别与高、低干度流道(14.5、14.4)之间通过第二密封隔板14.3隔离。

进一步说，参见图4，中间上走低温换热板15包括第三换热基体15.1，第三换热基体15.1上设有第三蒸发流体总入口15.2、第三密封隔板15.3、第三低干度流体入口15.7、第三高干度流体入口15.8、第三高温流体入口15.9、第三高温流体出口15.11、第三末端排气口15.12和第三蒸发流体混合出口15.13，中间上走低温换热板15所在的蒸发流体通道18分隔有第三低干度流道15.4和第三高干度流道15.5；第三蒸发流体总入口15.2连通夹板蒸汽流体入口11.1；第三蒸发流体混合出口15.13分别连通第三低干度流道15.4一端和第三高干度流道15.5一端；第三低干度流道15.4另一端连通第三低干度流体入口15.7；第三高干度流道15.5另一端连通第三高干度流体入口15.8；第三蒸发流体总入口15.2与离心分流入口20.2相隔绝；第三蒸发流体总入口15.2、第三高温流体入口15.9、第三高温流体出口15.11、第三末端排气口15.12分别与高、低干度流道(15.5、15.4)之间通过第三密封隔板15.3隔离。

进一步说，参见图5，高温换热板16包括第五换热基体16.1，第五换热基体16.1上设有第五蒸发流体总入口16.2、第五密封隔板16.3、第五低干度流体通道16.7、第五高干度流体通道16.8、第五高温流体入口16.9、第五高温流体出口16.11、第五末端排气口16.12和第五蒸发流体通道16.13；高温换热板16所在的高温流体通道19一端通过第五高温流体入口16.9连通夹板高温流体入口11.3，另一端通过第五高温流体出口16.11连通夹板高温流体出口11.4；第五蒸发流体总入口16.2连通夹板蒸汽流体入口11.1；第五末端排气口16.12连通夹板蒸汽流体出口11.2；第五蒸发流体总入口16.2、第五低干度流体通道16.7、第五高干度流体通道16.8、第五末端排气口16.12、第五蒸发流体通道16.13分别与高温换热板16所在的高温流体通道19之间通过第五密封隔板16.3隔离。

进一步说，参见图6，出口低温换热板17包括第四换热基体17.1，第四换热基体17.1上设有第四蒸发流体总入口17.2、第四密封隔板17.3、第四低干度流体出口17.7、第四高干度流体出口17.8、第四高温流体入口通道17.9、第四高温流体出口通道17.11和第四末端排气口17.12，出口低温换热板17所在的蒸发流体通道18分隔有第四低干度流道17.4和第四高干度流道17.5；第四低干度流道17.4一端连通所在离心分流器20的离心通孔20.6，另一端连通相应的第四末端排气口17.12；第四高干度流道17.5一端连通所在离心分流器20的离心分流出口20.3，另一端连通相应的第四末端排气口17.12；第四末端排气口17.12连通夹板蒸汽流体出口11.2；第四蒸发流体总入口17.2与离心分流入口20.2相隔绝；第四低干度流体出口17.7、第四高干度流体出口17.8分别与高、低干度流道(17.5、17.4)之间通过第四密封隔板17.3隔离。

进一步说，同一中间换热组件a中：入口低温换热板13、中间下走低温换热板14和出口低温换热板17依次层叠，中间上走低温换热板15设置两块，且分别层叠在入口低温换热板13与中间下走低温换热板14之间，及中间下走低温换热板14与出口低温换热板17之间：第一蒸发流体总入口13.2、第三蒸发流体总入口15.2、第二蒸发流体总入口14.2、第五蒸发流体总入口16.2、第四蒸发流体总入口17.2和夹板蒸汽流体入口11.1相互连通；第一高温流体入口通道13.9、第二高温流体入口通道14.9、第三高温流体入口15.9、第五高温流体入口16.9、第四高温流体入口17.9和夹板高温流体入口11.3相互连通；第一高温流体出口通道13.11、第二高温流体出口通道14.11、第三高温流体出口15.11、第五高温流体出口16.11、第四高温流体出口17.11和夹板高温流体出口11.4相互连通；第一末端排气口13.12、第二末端排气口14.12、第三末端排气口15.12、第五末端排气口16.12、第四末端排气口17.12和夹板蒸汽流体出口11.2相互连通；第一低干度流体出口13.7经过第五低干度流体通道16.7连通相应的第三低干度流体入口15.7，第一高干度流体出口13.8经过第五高干度流体通道16.8连通相应的第三高干度流体入口15.8；相应的第三蒸发流体混合出口15.13经过第五蒸发流体通道16.13连通中间下走低温换热板14所在离心分流器20的离心分流入口20.2；第二低干度流体出口14.7经过第五低干度流体入口16.7连通相应的第三低干度流体入口15.7，第二高干度流体出口14.8经过第五高干度流体出口16.8连通相应的第三高干度流体入口15.8，相应的第三蒸发流体混合出口15.13经过第五蒸发流体通道16.13连通出口低温换热板17所在离心分流器20的离心分流入口20.2。

进一步说，入口低温换热板13、中间下走低温换热板14和出口低温换热板17底部分别设置有调节液量通道t，该调节液量通道t由一对分别向所在的高、低干度流道延伸的平行隔板构成。

进一步说，同一端部换热组件b中，第一低干度流体出口13.7经过第五低干度流体通道16.7连通第三低干度流体入口15.7；第一高干度流体出口13.8经过第五高干度流体通道16.8连通第三高干度流体入口15.8；第三蒸发流体混合出口15.13经过第五蒸发流体通道16.13连通出口低温换热板17所在离心分流器20的离心分流入口20.2；第一高温流体出口通道13.11、第三高温流体出口15.11、第五高温流体出口16.11和夹板高温流体出口11.4相互连通；第一末端排气口13.12、第三末端排气口15.12、第五末端排气口16.12、第四末端排气口17.12和夹板蒸汽流体出口11.2相互连通；第一高温流体入口通道13.9、第三高温流体入口15.9、第五高温流体入口16.9和夹板高温流体入口11.3相互连通。

进一步说，中间换热组件a与端部换热组件b层叠时，中间换热组件a所在的第四蒸发流体总入口17.2经过第五蒸发流体总入口16.2连通端部换热组件b所在的第一蒸发流体总入口13.2；中间换热组件a所在的第四高温流体出口通道17.11经过第五高温流体出口16.11连通端部换热组件b所在的第一高温流体出口通道13.11；中间换热组件a所在的第四末端排气口17.12经过第五末端排气口16.12连通端部换热组件b所在的第一末端排气口13.12；中间换热组件a所在的第四高温流体入口通道17.9经过第五高温流体入口16.9连通端部换热组件b所在的第一高温流体入口通道13.9。

下面详细阐述本发明的工作原理：

蒸汽流体从夹板蒸汽流体入口11.1进入，通过第一蒸发流体总入口13.2进入入口低温换热板13中的离心分流器20，两相流体在离心分流道20.1中进行离心分流，离心分流过程如下：低干度的两相流体经过离心分流道20.1时，由于气、液相密度差和离心力作用，液相积聚于外壁面20.5上，气相则被挤到内壁面20.4上，此时由于外壁面20.5上开设若干离心通孔20.6，且离心通孔20.6面积的有序变化，大部分蒸发液在压力差和动量的共同作用下迅速通过离心通孔20.6分流到第一低干度流道13.4，最后离心分流道20.1的末端获得高干度两相流体，然后通过离心分流出口20.3进入第一高干度流道13.5进行换热；由于第一高干度流道13.5中的高干度流体继续蒸发后接近饱和气态，因此在入口低温换热板13下部设有调节液量通道t，第一低干度流道13.4中产生的气体和部分液体通过调节液量通道t引流到第一高干度流道13.5底部，然后换热后的低干度流体通过第一低干度流体出口13.7，高干度流体通过第一高干度流体出口13.8，进入中间上走低温换热板15，并分别在第三低干度流道15.4和第三高干度流道15.5进行换热，然后在第三蒸发流体混合出口15.13混合并进入中间下走低温换热板14的离心分流入口20.2，由于中间下走低温换热板14中的离心分流入口20.2与第二蒸发流体总入口14.2不连通，两相流体进入离心分流器20后重复上述换热过程，经过若干组中间上走低温换热板15和中间下走低温换热板14的离心换热过程后，流体通过离心分流入口20.2进入出口低温换热板17继续换热，最后完全蒸发的气体通过第四末端排气口17.12，穿过各低温换热板上的末端排气口，从夹板蒸汽流体出口11.2汇合流出，从而实现了蒸发液的全程高、低双干度蒸发强化换热机制，其换热效率将明显提升，阻力压降将明显降低。

第二实施例

参见图8，本板式双干度分流换热蒸发器不同于第一实施例之处在于：换热模块由两组中间换热组件a和一组端部换热组件b构成；其中，两组中间换热组件a层叠时，上一组中间换热组件a所在的第四蒸发流体总入口17.2经过第五蒸发流体总入口16.2连通下一组中间换热组件a所在的第一蒸发流体总入口13.2；上一组中间换热组件a所在的第四高温流体出口通道17.11经过第五高温流体出口通道16.11连通下一组中间换热组件a所在的第一高温流体出口通道13.11；上一组中间换热组件a所在的第四末端排气口17.12经过第五末端排气口16.12连通下一组中间换热组件a所在的第一末端排气口13.12；上一组中间换热组件a所在的第四高温流体入口17.9经过第五高温流体入口16.9连通下一组中间换热组件a所在的第一高温流体入口13.9。

其他未述部分同第一实施例，这里不再分析说明。

上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。