一種可變通流面積的逆流板翅式換熱器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及工程熱物理與能源利用學科領域，尤其涉及一種可變通流面積的逆流板翅式換熱器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]板翅式換熱器具有結構緊湊、易于實現大型化、傳熱效率高的特點，其已廣泛應用于石油、化工、空氣分離、天然氣液化、航空航天等領域。
[0003]傳統的板翅式換熱器雖然已在流道排布、導流器設計以及翅片上做了許多改動，但是有一點是不變的，就是換熱器的換熱芯體中每一股流的通流面積始終是恒定的。對于進出口物流比體積相差很大的相變換熱，如果采用單個流通面積恒定的板翅式換熱器，其流速設計是很難做到合理的，倘若以液相流速為標準設計，則氣相時候的流速將會過大，倘若以氣相流速作為標準設計，則液相時候的流速將會過小，為了兼顧兩者，通常會選擇折中的流速進行設計或者采用不同流通面積的板翅式換熱器進行串接。串接板翅式換熱器可以解決流速分配的問題，但是會出現制造成本增加、設備投資增大、設備占地面積大、封頭連接部位增多、保溫困難等問題。倘若以較為簡單的加工難度、較低的加工成本能夠在單個板翅式換熱器中實現流通面積的改變，這將會使得板翅式換熱器在相變換熱領域更具有優勢。
[0004]對于混合工質深低溫領域，板翅式換熱器一般作為理想的回熱器，但是目前這種等通流面積的板翅式換熱器在應用時至少存在以下三個缺點:
[0005](I)板翅式換熱器里的混合工質換熱過程為相變換熱，工質在高低溫端的密度相差幾百倍，這使得換熱器進出口的流速差異巨大，低溫端流速過小，傳熱效果差；高溫端流速過大，引起壓降大。
[0006](2)板翅式換熱器里的混合工質具有大溫度滑移的特點，這使得換熱器高低端的溫差在160°C以上。換熱器軸向長度過短，橫截面面積過大時，將會帶來一定的軸向導熱而弱化換熱效果。
[0007](3)板翅式換熱器里的混合工質在冷凝側為高壓側，冷凝方向為垂直向下，沸騰側為低壓側，沸騰方向為垂直向上。這樣的物流方向布置缺點是低壓側物流流向由于與重力方向相反導致壓降偏大，影響系統性能。但是，這是受到目前等通流面積的限制的，無法把冷凝側和沸騰側的流動方向對調過來。如果板翅式換熱器為變流通面積設計，就能保證低溫端流速，即可實現向下降膜沸騰，增強換熱，減小壓降。
[0008]因此，無論是從改善兩相換熱和流動的情況，還是確保保溫合理、減少充灌量，對板翅式換熱器流通面積可以根據流體狀態、換熱情況和軸向導熱等情況綜合考慮來設計改變，對混合工質低溫制冷系統都是有益的。

【發明內容】

[0009]本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種可變通流面積的逆流板翅式換熱器及其控制方法，使得板翅式換熱器更能適應流體速度的變化，改善換熱和流動情況，并且減少設備制造和投資成本。
[0010]本發明通過下述技術方案實現:
[0011]一種可變通流面積的逆流板翅式換熱器，包括高溫區換熱芯體A ;中溫區換熱芯體B ;低溫區換熱芯體C ;所述高溫區換熱芯體A與中溫區換熱芯體B之間通過第一芯體間導流器2連通，中溫區換熱芯體B與低溫區換熱芯體C之間通過第二芯體間導流器3連通；
[0012]所述高溫區換熱芯體A的頂部連接高溫導流器1，高溫導流器I上設置帶有熱流體進口 31的熱流體進口封頭21和帶有冷流體出口 32的冷流體出口封頭22，
[0013]所述低溫區換熱芯體C的底部連接低溫導流器4，低溫導流器4上設置帶有熱流體出口 33的熱流體出口封頭23和冷流體進口 34的冷流體進口封頭24。
[0014]所述第一芯體間導流器2和第二芯體間導流器3為變通徑導流器。
[0015]所述變通徑導流器是由鈍角三角形導流器25和直角三角形導流器26釬焊成的直角梯形導流器。
[0016]所述高溫區換熱芯體A、中溫區換熱芯體B和低溫區換熱芯體C的通道寬度由上至下依次遞減。
[0017]所述高溫區換熱芯體A的翅片類型為平直翅片；中溫區換熱芯體B的翅片類型為多孔翅片；低溫區換熱芯體C的翅片類型為鋸齒翅片。
[0018]上述逆流板翅式換熱器的流體逆流布置方法步驟:
[0019]熱流體從熱流體進口 31進入，進過熱流體進口封頭21分配后經由高溫導流器I流入高溫區換熱芯體A，在高溫區換熱芯體A和中溫區換熱芯體B之間經過第一芯體間導流器2后進入中溫區換熱芯體B，在中溫區換熱芯體B和低溫區換熱芯體C之間經過第二芯體間導流器3后進入低溫區換熱芯體C，并在低溫區換熱芯體C經低溫導流器4后由熱流體出口 33流出；
[0020]冷流體從冷流體進口 34進入，進過冷流體進口封頭24分配后經由低溫導流器4流入低溫區換熱芯體C，在低溫區換熱芯體C和中溫區換熱芯體B之間經過第二芯體間導流器3進入中溫區換熱芯體B;
[0021 ] 在中溫區換熱芯體B和高溫區換熱芯體A之間經第一芯體間導流器2進入高溫區換熱芯體A，并在高溫區換熱芯體A經高溫導流器I從冷流體出口 32流出。
[0022]本發明相對于現有技術，具有如下的優點及效果:
[0023]本可變通流面積的逆流板翅式換熱器，第一芯體間導流器和第二芯體間導流器為變通徑導流器，該變通徑導流器是由鈍角三角形導流器和直角三角形導流器釬焊成的直角梯形導流器，這種結構能夠根據流體的流動和換熱特點設計成可變通流面積的形式，從而使物流壓降和換熱均達到最合理情況。
[0024]本可變通流面積的逆流板翅式換熱器，在相變換熱領域中的多個不同尺寸的板翅式換熱器串接使用相比，其優勢在于加工簡單、節省材料、管道連接簡單，尤其是應用于深低溫混合工質制冷系統中，高低溫區的保溫做得更加合理，節省保溫材料。此外，如將本可變通流面積的逆流板翅式換熱器倒置布置，還可實現向下降膜沸騰和向上冷凝。
[0025]高溫區換熱芯體A、中溫區換熱芯體B和低溫區換熱芯體C的通道寬度由上至下依次遞減，可以使流體的流速更加匹配。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明可變通流面積的逆流板翅式換熱器結構示意圖。
[0027]圖2為圖1中第一芯體間導流器和第二芯體間導流器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明作進一步具體詳細描述。
[0029]實施例
[0030]如圖1、2所示。本發明一種可變通流面積的逆流板翅式換熱器，包括高溫區換熱芯體A ;中溫區換熱芯體B ;低溫區換熱芯體C ;所述高溫區換熱芯體A與中溫區換熱芯體B之間通過第一芯體間導流器2連通，中溫區換熱芯體B與低溫區換熱芯體C之間通過第二芯體間導流器3連通；
[0031]所述高溫區換熱芯體A的頂部連接高溫導流器1，高溫導流器I上設置帶有熱流體進口 31的熱流體