一種沉浸式液冷模塊換熱器及其製作方法與流程

2023-06-03 23:39:51

本發明涉及換熱設備領域，更具體地，涉及一種沉浸式液冷模塊換熱器及其製作方法。

背景技術：

管殼式換熱器又稱列管式換熱器，是以封閉在殼體中管束的壁面作為傳熱面的間壁式換熱器。這種換熱器結構較簡單，操作可靠，可用各種結構材料（主要是金屬材料）製造，能在高溫、高壓下使用，是目前應用最廣的類型。

管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。殼體內部裝有管束，管束兩端固定在管板上，進行換熱的冷熱兩種流體，一種在管內流動，稱為管程流體；另一種在管外流動，稱為殼程流體。管殼式換熱器由於管內外流體的溫度不同，因而換熱器的殼體與管束的溫度也不同，如果兩者溫度相差很大，換熱器內將產生很大熱應力，導致管子彎曲、斷裂，或從管板上拉脫。因此，當管束與殼體溫度差超過50℃時，需採取適當補償措施，以消除或減少熱應力。根據所採用的補償措施，管殼式換熱器可分為以下幾種主要類型：

1、固定管板式換熱器管束兩端的管板與殼體聯成一體，結構簡單,但只適用於冷熱流體溫度差不大,且殼程不需機械清洗時的換熱操作。當溫度差稍大而殼程壓力又不太高時，可在殼體上安裝有彈性的補償圈，以減小熱應力。

2、浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動，完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便於機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣，但結構比較複雜，造價較高。

3、U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形，兩端分別固定在同一管板上下兩區，藉助於管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力，結構比浮頭式簡單，但管程不易清洗。

4、渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器採用最新的渦流熱膜傳熱技術，通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果，當介質經過渦流管表面時，強力衝刷管子表面，從而提高換熱效率。最高可達10000W/m2℃。同時這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能，但成本高。

雖然列管式換熱器採用以上幾種補償措施在某種程度上改進其在殼體與管束溫差較大時出現管子彎曲、斷裂或從管板上拉脫現象的缺陷，但在生產製造方面一直採用常規的工藝和製作方法，加工效率低，換熱方案也沒有突破，無法擺脫換熱不均和重力對換熱的影響，汙垢清潔難題也一直無法得到解決，因此，有必要對現有技術進行改進。

技術實現要素：

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種不足，提供一種換熱效率高、結構簡單、加工便利、製作成本低、易於安裝維護的沉浸式液冷模塊換熱器，本發明的另一個目的在於提供所述沉浸式液冷模塊換熱器的製作方法。

為了解決上述存在的技術問題，本發明採用下述技術方案：

一種沉浸式液冷模塊換熱器，包括殼體、置於殼體內的若干換熱模塊和用於支撐換熱模塊的支撐架，所述換熱模塊由上而下相距疊置，每個換熱模塊由兩塊設有若干槽道的換熱板扣合連接構成，其中一塊換熱板的槽道與另一塊換熱板的槽道一一對應並形成流道。

本發明通過將兩塊具有槽道的換熱板相互扣合連接形成換熱模塊，其中一塊換熱板的槽道與另一塊換熱板的槽道一一對應並形成相當於換熱管的流道，以取代換熱管，節省換熱管的使用，換熱板上除了槽道以外平板部相互貼合，天然形成流道的散熱翅片，而且由於槽道可以直接將平板通過壓製成型的方法得到，槽道和平板部連接為一個整體，相比在換熱管外部加裝翅片而言，大大降低兩者接觸處的熱阻，提高傳熱效率；相當於換熱管的流道與相當於散熱翅片的換熱板平板部相間連接成一體，可以保證同一換熱模塊上每一部位換熱均勻，避免因溫差出現翹曲，更不會出現普通列管式換熱器發生的換熱管拉脫的問題，提高換熱器壽命。與此同時，槽道的設置使得換熱板或換熱模塊表面形成凹凸起伏的面，多個換熱模塊疊置時，換熱介質流經時多次形成湍流或渦流，降低熱阻，提高換熱效率，而且由於換熱介質的這種流動特性對換熱管和散熱肋片形成撞擊使得換熱管和散熱肋片的表面不易結垢。將換熱模塊完全浸入在液體中，不但換熱效率提高，而且有效的避免了換熱不均和重力作用對換熱的影響。另外，將換熱元件模塊化，即換熱模塊的形成，有利於實現標準化，進行換熱器清洗維護時，可以用其他換熱模塊替代需要清洗維護的換熱模塊，不會耽誤生產線的運行，其中某些換熱模塊發生故障時也便於進行更換，加快維修速度。

為了提高換熱速度，所述槽道並列且相距布置於換熱板上，在垂直於槽道的換熱板邊緣形成多個流道入口，管程流體可以實現分流換熱的目的，從而提高管程流體的流速。

為提高換熱效率，所述槽道在換熱板所在平面上呈波紋狀，增加管程流體在每個流道中流程，增加換熱面積，從而提高換熱效率，而且管程流體流經波紋狀槽道時會對槽道形成衝擊，增加管程流體與槽道的接觸，加強換熱效果，提高換熱效率的同時防止槽道內表面結垢。

兩塊對應扣合的所述換熱板至少在與槽道平行的兩側邊緣通過密封條密封連接，避免管程流體從與槽道平行的換熱板兩側邊緣溢出造成洩漏。

為進一步提高換熱模塊的密封性，兩塊對應扣合的所述換熱板的四周通過密封條密封連接。

為方便換熱器的維護與維修，所述殼體開口向上，所述沉浸式液冷模塊換熱器還包括罩於殼體開口的頂蓋。

所述頂蓋上方設有排氣閥，排除液冷循環出現中出現的氣體。

所述沉浸式液冷模塊換熱器的製作方法，包括如下步驟：

S1.通過壓製成型得到具有槽道的換熱板；

S2.將兩塊步驟S1得到的換熱板扣合焊接，得到換熱模塊；

S3.製作一個可容納若干步驟S1得到的換熱模塊的殼體；

S4.在步驟S3製得的殼體內部設置支撐架並將步驟S2製得的換熱模塊安裝於支撐架上，得到沉浸式液冷模塊換熱器；

本發明通過壓製成型的方法成型具有槽道的換熱板，並用焊接的方式將兩塊換熱板扣合連接形成換熱模塊，加工工藝簡單，生產成本低，而且 本專利的換熱器安裝簡單，便於維護。

步驟S2中，焊接前用密封條對兩塊換熱板的邊緣進行密封。

步驟S4中還包括製作一個與殼體配合的頂蓋並在安裝好換熱模塊後將頂蓋與殼體扣合。

本發明與現有技術相比較有如下有益效果：本專利通過將兩塊模具壓制的帶溝槽的換熱銅板點焊在一起，用溝槽來取代換熱管，不同換熱銅板具有相同的結構，可以互相替換使用，節省了換熱管材，大大提升了加工效率；同時將其完全浸入在液體中，不但換熱效率提高，而且有效的避免了換熱不均和重力作用對換熱的影響；製作簡單，成本低，安裝維護都非常方便，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是沉浸式液冷模塊換熱器的俯視圖；

圖2是沉浸式液冷模塊換熱器的側視圖；

圖3是換熱模塊的結構示意圖；

附圖標記說明：殼體100，換熱模塊200，換熱板210，槽道211，支撐架300，頂蓋400，排氣閥410。

具體實施方式

附圖僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，並不代表實際產品的尺寸；對於本領域技術人員來說，附圖中某些公知結構及其說明可能省略是可以理解的；附圖中描述位置關係的用於僅用於示例性說明，不能理解為對本專利的限制。下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

如圖1~2所示，一種沉浸式液冷模塊換熱器，包括殼體100、置於殼體100內的若干換熱模塊200和用於支撐換熱模塊200的支撐架300，所述換熱模塊200由上而下相距疊置，每個換熱模塊200由兩塊設有若干槽道211的換熱板210扣合連接構成，其中一塊換熱板210的槽道211與另一塊換熱板210的槽道211一一對應並形成流道。

本實施例通過將兩塊具有槽道211的換熱板210相互扣合連接形成換熱模塊200，其中一塊換熱板210的槽道211與另一塊換熱板210的槽道211一一對應並形成相當於換熱管的流道，以取代換熱管，節省換熱管的使用，換熱板210上除了槽道211以外平板部相互貼合，天然形成流道的散熱翅片，而且由於槽道211可以直接將平板通過壓製成型的方法得到，槽道211和平板部連接為一個整體，相比在換熱管外部加裝翅片而言，大大降低兩者接觸處的熱阻，提高傳熱效率；相當於換熱管的流道與相當於散熱翅片的換熱板210平板部相間連接成一體，可以保證同一換熱模塊200上每一部位換熱均勻，避免因溫差出現翹曲，更不會出現普通列管式換熱器發生的換熱管拉脫的問題，提高換熱器壽命。與此同時，槽道211的設置使得換熱板210或換熱模塊200表面形成凹凸起伏的面，多個換熱模塊200疊置時，換熱介質流經時多次形成湍流或渦流，降低熱阻，提高換熱效率，而且由於換熱介質的這種流動特性對換熱管和散熱肋片形成撞擊使得換熱管和散熱肋片的表面不易結垢。將換熱模塊200完全浸入在液體中，不但換熱效率提高，而且有效的避免了換熱不均和重力作用對換熱的影響。另外，將換熱元件模塊化，即換熱模塊200的形成，有利於實現標準化，進行換熱器清洗維護時，可以用其他換熱模塊200替代需要清洗維護的換熱模塊200，不會耽誤生產線的運行，其中某些換熱模塊200發生故障時也便於進行更換，加快維修速度。

為了提高換熱速度，所述槽道211並列且相距布置於換熱板210上，在垂直於槽道211的換熱板210邊緣形成多個流道入口，管程流體可以實現分流換熱的目的，從而提高管程流體的流速。

如圖3所示，為提高換熱效率，所述槽道211在換熱板210所在平面上呈波紋狀，增加管程流體在每個流道中流程，增加換熱面積，從而提高換熱效率，而且管程流體流經波紋狀槽道211時會對槽道211形成衝擊，增加管程流體與槽道211的接觸，加強換熱效果，提高換熱效率的同時防止槽道211內表面結垢。

兩塊對應扣合的所述換熱板210至少在與槽道211平行的兩側邊緣通過密封條密封連接，避免管程流體從與槽道211平行的換熱板210兩側邊緣溢出造成洩漏。

為進一步提高換熱模塊200的密封性，兩塊對應扣合的所述換熱板210的四周通過密封條密封連接。

為方便換熱器的維護與維修，所述殼體100開口向上，所述沉浸式液冷模塊換熱器還包括罩於殼體100開口的頂蓋400。

所述頂蓋400上方設有排氣閥410，排除液冷循環出現中出現的氣體。

所述沉浸式液冷模塊換熱器的製作方法，包括如下步驟：

S1.通過壓製成型得到具有槽道211的換熱板210；

S2.將兩塊步驟S1得到的換熱板210扣合，用密封條對兩塊換熱板210的邊緣進行密封焊接，得到換熱模塊200；

S3.製作一個可容納若干步驟S1得到的換熱模塊200的殼體100；

S4.在步驟S3製得的殼體100內部設置支撐架300並將步驟S2製得的換熱模塊200安裝於支撐架300上，製作一個與殼體100配合的頂蓋400並將其與殼體100扣合得到沉浸式液冷模塊換熱器。

本實施例通過壓製成型的方法成型具有槽道211的換熱板210，並用焊接的方式將兩塊換熱板210扣合連接形成換熱模塊200，加工工藝簡單，生產成本低，而且 本專利的換熱器安裝簡單，便於維護。

顯然，本發明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非是對本發明的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明權利要求的保護範圍之內。