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CN108801008A - 一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体 - Google Patents

一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，包括若干高温介质板片及若干低温介质板片，各高温介质板片的底部设置有高温介质隔板，高温介质隔板的两端设置有若干高温介质集散通孔及若干低温介质集散通道，高温介质隔板的中部设置有若干高温介质横向连通通孔及若干低温介质横向连通通道，高温介质隔板的表面上设置有若干高温介质肋片。各低温介质板片的底部设置有低温介质隔板，低温介质隔板的两端设置有若干高温介质集散通道及若干低温介质集散通孔，低温介质隔板的中部设置有若干高温介质横向连通通道及若干低温介质横向连通通孔，低温介质隔板的表面上设置有若干低温介质肋片。该换热器芯体具有流动分配均匀、传热效率高的特点。

Description

一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体
技术领域
本发明属于换热装置技术领域，涉及一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体。
背景技术
印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是一种微通道板式换热器，PCHE具有结构紧凑、耐高温、耐高压、安全可靠等优点，在制冷空调、石油天然气、核工业、化工工业、电力工业等领域应用广泛。
换热芯体是PCHE的核心部件，它由金属板片层叠组合装配焊接而成。PCHE芯体的主要的加工工艺包括(光)化学蚀刻和扩散焊：首先根据所设计的微通道结构，采用(光)化学蚀刻方法在金属板片表面刻出若干微小(毫米级)流体通道，之后将若干经过蚀刻的金属板片紧密堆叠装配并通过扩散焊接形成换热器芯体。
大型PCHE芯体中包含数量庞大的流体微通道，例如一个20MW热负荷的PCHE芯体所含微通道数量可高达20万个。在多通道换热器中保证所有通道的流动分配均匀性是一个难点，流动分配不均是多通道换热器中的常见问题，一旦出现流动分配不均现象，会对换热器的传热效率造成严重危害。PCHE芯体中的微通道数量巨大，由于微通道内流动分配不均而导致的换热器传热效率降低问题在PCHE中尤为突出。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，该换热器芯体具有流动分配均匀、传热效率高的特点。
为达到上述目的，本发明所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体包括若干高温介质板片及若干低温介质板片，其中，各高温介质板片与各低温介质板片自上到下依次交错叠加；
各高温介质板片的底部设置有高温介质隔板，高温介质隔板的两端设置有若干高温介质集散通孔及若干低温介质集散通道，高温介质隔板的中部设置有若干高温介质横向连通通孔及若干低温介质横向连通通道，高温介质隔板的表面上设置有若干高温介质肋片；
各低温介质板片的底部设置有低温介质隔板，低温介质隔板的两端设置有若干高温介质集散通道及若干低温介质集散通孔，低温介质隔板的中部设置有若干高温介质横向连通通道及若干低温介质横向连通通孔，低温介质隔板的表面上设置有若干低温介质肋片；
每一对相邻的高温介质板片与低温介质板片之间，一个高温介质集散通孔对应一个高温介质集散通道，一个低温介质集散通道对应一个低温介质集散通孔，一个高温介质横向连通通孔对应一个高温介质横向连通通道，一个低温介质横向连通通道对应一个低温介质横向连通通孔，其中，各高温介质集散通孔和与其对应的高温介质集散通道相连通，各低温介质集散通道和与其对应的低温介质集散通孔相连通，各高温介质横向连通通孔和与其对应的高温介质横向连通通道相连通，各低温介质横向连通通道和与其对应的低温介质横向连通通孔相连通；
各高温介质板片上的高温介质隔板与与其上侧相邻低温介质板片上的低温介质隔板围成高温介质流动腔，各低温介质板片上的低温介质隔板与其上侧相邻高温介质板片上的高温介质隔板围成低温介质流动腔。
所有高温介质集散通孔分为两组，所有低温介质集散通道分为两组，所有高温介质横向连通通孔分为若干组，所有低温介质横向连通通道分为若干组。
一组高温介质集散通孔对应一组低温介质集散通道，各组高温介质集散通孔中的各高温介质集散通孔和与其对应组低温介质集散通道中的各低温介质集散通道依次交错分布。
高温介质横向连通通孔的组数与低温介质横向连通通道的组数相同或者不同，当高温介质横向连通通孔的组数与低温介质横向连通通道的组数相同时，一组高温介质横向连通通孔对应一组低温介质横向连通通道，一组高温介质横向连通通孔中的各高温介质横向连通通孔与与其对应组低温介质横向连通通道中的各低温介质横向连通通道依次交错分布。
所有高温介质肋片分为若干组，其中，各组高温介质肋片中相邻两个高温介质肋片之间形成高温介质微流道。
各高温介质横向连通通孔及各低温介质横向连通通道设置于相邻各组高温介质肋片之间。
所有低温介质肋片分为若干组，其中，各组低温介质肋片中相邻两个低温介质肋片之间形成低温介质微流道。
各高温介质横向连通通道及各低温介质横向连通通孔设置于相邻各组低温介质肋片之间。
各组高温介质肋片中各高温介质肋片为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。
各组低温介质肋片中各低温介质肋片为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体在工作过程中，高温介质由高温介质板片任意一端的高温介质集散通孔进入高温介质流动腔中，再流经若干组高温介质微流道及高温介质横向连通通孔后由高温介质板片另一端的高温介质集散通孔流出；低温介质由低温介质板片任意一端的低温介质集散通孔进入低温介质流动腔，流经若干组低温介质微流道及低温介质横向连通通孔后由低温介质板片另一端的低温介质集散通孔流出，其中，高温介质和低温介质被高温介质板片及低温介质板片隔离而呈现分层流动，从而实现介质之间的间壁式换热，其中，在流动传热过程中，高温介质横向连通通孔、高温介质横向连通通道、低温介质横向连通通孔、低温介质横向连通通道起到了平衡压力和流动再分配的作用，减小了传热介质在各层板片之间分配时的水动力偏差，使得芯体内的流动分配均匀度得到显著的提高，进而提升芯体的传热效率。经试验，本发明相对于现有PCHE芯体，传热效率能够提高0.5％～6％。此外，本发明中各高温介质板片的结构相同，各低温介质板片的结构相同，便于加工制作、加工成本低。
附图说明
图1为本发明的装配示意图；
图2为本发明的横向剖切图；
图3为本发明的纵向剖切图。
其中，1为高温介质板片、2为低温介质板片、3a为高温介质集散通孔、3b为高温介质集散通道、4a为低温介质集散通道、4b为低温介质集散通孔、5a为高温介质肋片、5b为低温介质肋片、6a为高温介质横向连通通孔、6b为高温介质横向连通通道、7a为低温介质横向连通通道、7b为低温介质横向连通通孔、8a为高温介质隔板、8b为低温介质隔板、9a为高温介质微流道、9b为低温介质微流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1、图2及图3，本发明所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体包括若干高温介质板片1及若干低温介质板片2，其中，各高温介质板片1与各低温介质板片2自上到下依次交错叠加；各高温介质板片1的底部设置有高温介质隔板8a，高温介质隔板8a的两端设置有若干高温介质集散通孔3a及若干低温介质集散通道4a，高温介质隔板 8a的中部设置有若干高温介质横向连通通孔6a及若干低温介质横向连通通道7a，高温介质隔板8a的表面上设置有若干高温介质肋片5a；各低温介质板片2的底部设置有低温介质隔板8b，低温介质隔板8b的两端设置有若干高温介质集散通道3b及若干低温介质集散通孔4b，低温介质隔板8b的中部设置有若干高温介质横向连通通道6b及若干低温介质横向连通通孔7b，低温介质隔板8b的表面上设置有若干低温介质肋片5b；每一对相邻的高温介质板片1与低温介质板片2之间，一个高温介质集散通孔3a对应一个高温介质集散通道3b，一个低温介质集散通道4a对应一个低温介质集散通孔4b，一个高温介质横向连通通孔6a对应一个高温介质横向连通通道6b，一个低温介质横向连通通道7a对应一个低温介质横向连通通孔7b，其中，各高温介质集散通孔3a和与其对应的高温介质集散通道3b相连通，各低温介质集散通道4a和与其对应的低温介质集散通孔4b相连通，各高温介质横向连通通孔6a和与其对应的高温介质横向连通通道6b相连通，各低温介质横向连通通道7a 和与其对应的低温介质横向连通通孔7b相连通。
各高温介质板片1上的高温介质隔板8a与与其上侧相邻低温介质板片2上的低温介质隔板8b围成高温介质流动腔，各低温介质板片2上的低温介质隔板8b与与其上侧相邻高温介质板片1上的高温介质隔板8a 围成低温介质流动腔，其中，各高温介质板片1与各低温介质板片2交替层叠装配后经扩散焊而形成坚固连接。
所有高温介质集散通孔3a分为两组，所有低温介质集散通道4a分为两组，所有高温介质横向连通通孔6a分为若干组，所有低温介质横向连通通道7a分为若干组，其中，一组高温介质集散通孔3a对应一组低温介质集散通道4a，各组高温介质集散通孔3a中的各高温介质集散通孔3a和与其对应组低温介质集散通道4a中的各低温介质集散通道4a依次交错分布；高温介质横向连通通孔6a和低温介质横向连通通道7a的分组数量可以相等也可以不相等，各组高温介质横向连通通孔6a与各组低温介质横向连通通道7a可以是一一对应关系也可以不是一一对应关系，当高温介质横向连通通孔6a的组数与低温介质横向连通通道7a的组数相同时，一组高温介质横向连通通孔6a对应一组低温介质横向连通通道7a，一组高温介质横向连通通孔6a中的各高温介质横向连通通孔 6a与与其对应组低温介质横向连通通道7a中的各低温介质横向连通通道7a依次交错分布。需要说明的是，高温介质横向连通通孔6a及低温介质横向连通通道7a的分组数量越多，则介质流动再分配的次数越多，流动分配均匀度越高，换热器传热效率越高，但芯体的加工成本也会相应提高，因此需要权衡传热效率及加工成本两方面因素。
所有高温介质肋片5a分为若干组，各组高温介质肋片5a中相邻两个高温介质肋片5a之间形成高温介质微流道9a。各高温介质横向连通通孔6a及各低温介质横向连通通道7a设置于相邻各组高温介质肋片5a 之间。
所有低温介质肋片5b分为若干组，各组低温介质肋片5b中相邻两个低温介质肋片5b之间形成低温介质微流道9b。各高温介质横向连通通道6b及各低温介质横向连通通孔7b设置于相邻各组低温介质肋片5b 之间。
各组高温介质肋片5a中各高温介质肋片5a为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。各组低温介质肋片5b中各低温介质肋片5b为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。
在换热过程中，高温介质由高温介质板片1左端的高温介质集散通孔3a进入高温介质流动腔，流经若干组高温介质微流道9a和高温介质横向连通通孔6a后由高温介质板片1右端的高温介质集散通孔3a流出；低温介质由低温介质板片2右端的低温介质集散通孔4b进入低温介质流动腔，流经若干组低温介质微流道9b和低温介质横向连通通孔7b后由低温介质板片2左端的低温介质集散通孔4b流出。高温介质所携带热量经高温介质隔板8a、低温介质隔板8b、高温介质肋片5a、低温介质肋片5b传递给低温介质，从而实现了介质之间的间壁式逆流换热。
以上详细说明仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明的范围。即凡是依据本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，包括若干高温介质板片(1)及若干低温介质板片(2)，其中，各高温介质板片(1)与各低温介质板片(2)自上到下依次交错叠加；
各高温介质板片(1)的底部设置有高温介质隔板(8a)，高温介质隔板(8a)的两端设置有若干高温介质集散通孔(3a)及若干低温介质集散通道(4a)，高温介质隔板(8a)的中部设置有若干高温介质横向连通通孔(6a)及若干低温介质横向连通通道(7a)，高温介质隔板(8a)的表面上设置有若干高温介质肋片(5a)；
各低温介质板片(2)的底部设置有低温介质隔板(8b)，低温介质隔板(8b)的两端设置有若干高温介质集散通道(3b)及若干低温介质集散通孔(4b)，低温介质隔板(8b)的中部设置有若干高温介质横向连通通道(6b)及若干低温介质横向连通通孔(7b)，低温介质隔板(8b)的表面上设置有若干低温介质肋片(5b)；
每一对相邻的高温介质板片(1)与低温介质板片(2)之间，一个高温介质集散通孔(3a)对应一个高温介质集散通道(3b)，一个低温介质集散通道(4a)对应一个低温介质集散通孔(4b)，一个高温介质横向连通通孔(6a)对应一个高温介质横向连通通道(6b)，一个低温介质横向连通通道(7a)对应一个低温介质横向连通通孔(7b)，其中，各高温介质集散通孔(3a)与与其对应的高温介质集散通道(3b)相连通，各低温介质集散通道(4a)与与其对应的低温介质集散通孔(4b)相连通，各高温介质横向连通通孔(6a)与与其对应的高温介质横向连通通道(6b)相连通，各低温介质横向连通通道(7a)与与其对应的低温介质横向连通通孔(7b)相连通；
各高温介质板片(1)上的高温介质隔板(8a)与与其上侧相邻低温介质板片(2)上的低温介质隔板(8b)围成高温介质流动腔，各低温介质板片(2)上的低温介质隔板(8b)与与其上侧相邻高温介质板片(1)上的高温介质隔板(8a)围成低温介质流动腔。
2.根据权利要求1所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所有高温介质集散通孔(3a)分为两组，所有低温介质集散通道(4a)分为两组，所有高温介质横向连通通孔(6a)分为若干组，所有低温介质横向连通通道(7a)分为若干组。
3.根据权利要求2所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，一组高温介质集散通孔(3a)对应一组低温介质集散通道(4a)，各组高温介质集散通孔(3a)中的各高温介质集散通孔(3a)与与其对应组低温介质集散通道(4a)中的各低温介质集散通道(4a)依次交错分布。
4.根据权利要求2所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，高温介质横向连通通孔(6a)的组数与低温介质横向连通通道(7a)的组数相同或者不同，当高温介质横向连通通孔(6a)的组数与低温介质横向连通通道(7a)的组数相同时，一组高温介质横向连通通孔(6a)对应一组低温介质横向连通通道(7a)，一组高温介质横向连通通孔(6a)中的各高温介质横向连通通孔(6a)与与其对应组低温介质横向连通通道(7a)中的各低温介质横向连通通道(7a)依次交错分布。
5.根据权利要求1所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所有高温介质肋片(5a)分为若干组，其中，各组高温介质肋片(5a)中相邻两个高温介质肋片(5a)之间形成高温介质微流道(9a)。
6.根据权利要求5所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，各高温介质横向连通通孔(6a)及各低温介质横向连通通道(7a)设置于相邻各组高温介质肋片(5a)之间。
7.根据权利要求1所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所有低温介质肋片(5b)分为若干组，其中，各组低温介质肋片(5b)中相邻两个低温介质肋片(5b)之间形成低温介质微流道(9b)。
8.根据权利要求7所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，各高温介质横向连通通道(6b)及各低温介质横向连通通孔(7b)设置于相邻各组低温介质肋片(5b)之间。
9.根据权利要求5所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，各组高温介质肋片(5a)中各高温介质肋片(5a)为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。
10.根据权利要求7所述的横向连通结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，各组低温介质肋片(5b)中各低温介质肋片(5b)为直线形结构、折线形结构、波浪形结构、机翼形结构、S形结构或者圆柱体结构。
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