CN111059929A - 一种新型翅片结构的微通道换热器 - Google Patents

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张天一
黄彦平
牛风雷
龚亚
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Abstract

本发明涉及一种新型翅片结构的微通道换热器。本发明包括若干层热流道换热板和冷流道换热板，每层换热板有分别对应冷热流体的进出口、进出口段以及中间换热段，中间换热段采用新的分离式翅片结构。换热器整体由冷热流道换热板交错布置组成，冷热流体在其中反向流动换热。新的分离式翅片结构由凹陷结构和凸出结构两种形状的翅片混合交错构成，该结构与研究较为广泛的翼型结构和S型结构相比，通过两种不同的翅片结构交错布置，保证了流体在流经翅片时的截面积不发生大的改变，使流道横截面变化更加平缓，在保证换热能力的同时减小了流体在流动过程中的流动阻力，节省能耗。

Description

一种新型翅片结构的微通道换热器
技术领域
本发明涉及微通道换热器技术领域，具体是一种新型翅片结构的微通道换热器，其结构紧凑，应用范围广泛，可用于高温高压***。
背景技术
微通道换热器是一种紧凑、高效的换热器，一般通过蚀刻、光刻等加工而成，多块金属板之间通过扩散焊叠置在一起，其通体结构采用的材料一致，不会因为材料的热膨胀系数不同而导致换热器变形失效，因此可用于高温高压***，如超临界二氧化碳布雷顿循环等。微通道换热器中，流体在板间的凹槽内流动，通过板的壁面进行热量交换，具有很高的换热能力。
目前微通道换热器结构主要分两类，一类为连续通道结构，包括直线型通道与折线型通道，该种结构是在板表面加工出直线型或折线型的半圆凹槽供流体流动。另一类为分离式翅片结构，如S型翅片结构、翼型翅片结构，该种结构是在板表面加工出凸起的S型翅片或翼型翅片，流体在各翅片间流动。经过大量研究证明，分离式翅片结构的换热性能与流动特性要优于连续通道结构。
连续通道结构中的直线型微通道换热器由于其结构简单，流动过程中会形成很厚的边界层，影响换热，降低换热效率低。折线型通道由于拐角的存在虽然会一定程度上扰乱边界层，但拐角处流体的剧烈碰撞会造成大量的能量损失。分离式翅片结构的微通道换热器中由于翅片的存在加强了对流体的扰动，使换热能力得到增强，但S型与翼型翅片结构的流动阻力仍旧很大，在翅片的顶端会产生很大的应力，并造成许多不必要的能量损失。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新型翅片结构的微通道换热器。
由于分离式翅片结构的微通道换热器性能要优于连续性通道，而影响其性能的关键就是其中翅片的结构。为了保证在高传热效率的情况下减小翅片所受的应力和其造成的流动阻力，本发明提供了一种新的翅片结构，该结构在保证换热能力的基础上，改善了翅片受到的应力，有效减小了换热器的流动阻力，使微通道换热器的综合性能得到提升。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种新型翅片结构的微通道换热器，包括若干热流道换热板和若干冷流道换热板；
所述若干热流道换热板和若干冷流道换热板交错布置，冷热流体在其中反向流动换热；
所述热流道换热板和冷流道换热板的四角处设有热流道入口1、热流道出口2、冷流道入口3和冷流道出口4；
所述热流道换热板还包括热流道入口段6、中间换热段、热流道出口段7；所述热流道入口1、热流道入口段6、中间换热段、热流道出口段7和热流道出口2依次相连；
所述冷流道换热板还包括冷流道入口段8、中间换热段、冷流道出口段9；所述冷流道入口3、冷流道入口段8、中间换热段、冷流道出口段9和冷流道出口4依次相连；
所述中间换热段采用分离式翅片结构；所述中间换热段包括若干凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11；所述若干凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11按行间隔交错布置。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口1与冷流道出口4布置在热流道换热板和冷流道换热板的一端，热流道出口2和冷流道入口3布置在热流道换热板和冷流道换热板的另一端。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口1与热流道出口2、冷流道入口3与冷流道出口4均为对角布置。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口段6、热流道出口段7、冷流道入口段8和冷流道出口段9均为渐扩、渐缩结构。
在上述技术方案的基础上，所述热流道换热板和冷流道换热板均通过蚀刻、光刻等方法加工而成。
在上述技术方案的基础上，所述热流道换热板和冷流道换热板之间通过扩散焊叠置在一起，流体通过中间翅片结构与底板进行热量交换。
在上述技术方案的基础上，所述凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11以NACA机翼型结构为基础，采用机翼尾端到其最大内切圆处的弧线进行设计。
本发明提供了一种新型翅片结构的微通道换热器，其中设计了一种新的微通道换热器的翅片结构，新的翅片结构由凹陷结构和凸出结构两种形状的翅片混合交错构成，该结构与研究较为广泛的翼型结构和S型结构相比，通过两种不同的翅片结构交错布置，保证了流体在流经翅片时的截面积不发生大的改变，使流道横截面变化更加平缓，在保证换热能力的同时减小了流体在流动过程中的流动阻力，节省能耗。
附图说明
本发明有如下附图：
图1 本发明的整体结构示意图；
图2 冷流道换热板和热流道换热板结构示意图；
图3 翅片结构示意图。
其中，1为热流道入口、2为热流道出口、3为冷流道入口、4为冷流道出口、5为换热板、6为热流道入口段、7为热流道出口段、8为冷流道入口段、9为冷流道出口段、10为凸出结构翅片、11为凹陷结构翅片。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1～3所示，本发明所述的一种新型翅片结构的微通道换热器，包括若干热流道换热板和若干冷流道换热板；
所述若干热流道换热板和若干冷流道换热板交错布置，冷热流体在其中反向流动换热；
所述热流道换热板和冷流道换热板的四角处设有热流道入口1、热流道出口2、冷流道入口3和冷流道出口4；
所述热流道换热板还包括热流道入口段6、中间换热段、热流道出口段7；所述热流道入口1、热流道入口段6、中间换热段、热流道出口段7和热流道出口2依次相连；
所述冷流道换热板还包括冷流道入口段8、中间换热段、冷流道出口段9；所述冷流道入口3、冷流道入口段8、中间换热段、冷流道出口段9和冷流道出口4依次相连；
所述中间换热段采用分离式翅片结构；所述中间换热段包括若干凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11；所述若干凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11按行间隔交错布置。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口1与冷流道出口4布置在热流道换热板和冷流道换热板的一端，热流道出口2和冷流道入口3布置在热流道换热板和冷流道换热板的另一端。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口1与热流道出口2、冷流道入口3与冷流道出口4均为对角布置。
在上述技术方案的基础上，所述热流道入口段6、热流道出口段7、冷流道入口段8和冷流道出口段9均为渐扩、渐缩结构。
在上述技术方案的基础上，所述热流道换热板和冷流道换热板均通过蚀刻、光刻等方法加工而成。
在上述技术方案的基础上，所述热流道换热板和冷流道换热板之间通过扩散焊叠置在一起，流体通过中间翅片结构与底板进行热量交换。
在上述技术方案的基础上，所述凸出结构翅片10和凹陷结构翅片11以NACA机翼型结构为基础，采用机翼尾端到其最大内切圆处的弧线进行设计。
与现有技术相比，新的翅片结构由凹陷结构和凸出结构两种形状的翅片混合交错构成，保证了流体在流经翅片时的截面积不发生大的改变，使流道横截面变化更加平缓，在保证换热能力的同时减小了流体在流动过程中的流动阻力，节省能耗。
本发明提供了一种新的微通道换热器的翅片结构，该结构与研究较为广泛的翼型结构和S型结构相比，通过两种不同的翅片结构交错布置，流道的横截面积变化很小，在保持换热性能的同时能够很大程度减少流动所受到的阻力，节省能耗。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，包括若干热流道换热板和若干冷流道换热板；所述若干热流道换热板和若干冷流道换热板交错布置；
所述热流道换热板和冷流道换热板的四角处设有热流道入口(1)、热流道出口(2)、冷流道入口(3)和冷流道出口(4)；
所述热流道换热板还包括热流道入口段(6)、中间换热段、热流道出口段(7)；所述热流道入口(1)、热流道入口段(6)、中间换热段、热流道出口段(7)和热流道出口(2)依次相连；
所述冷流道换热板还包括冷流道入口段(8)、中间换热段、冷流道出口段(9)；所述冷流道入口(3)、冷流道入口段(8)、中间换热段、冷流道出口段(9)和冷流道出口(4)依次相连；
所述中间换热段采用分离式翅片结构；所述中间换热段包括若干凸出结构翅片(10)和凹陷结构翅片(11)；所述若干凸出结构翅片(10)和凹陷结构翅片(11)按行间隔交错布置。
2.如权利要求1所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述热流道入口(1)与冷流道出口(4)布置在热流道换热板和冷流道换热板的一端，热流道出口(2)和冷流道入口(3)布置在热流道换热板和冷流道换热板的另一端。
3.如权利要求2所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述热流道入口(1)与热流道出口(2)、冷流道入口(3)与冷流道出口(4)均为对角布置。
4.如权利要求1所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述热流道入口段(6)、热流道出口段(7)、冷流道入口段(8)和冷流道出口段(9)均为渐扩、渐缩结构。
5.如权利要求1所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述热流道换热板和冷流道换热板均通过蚀刻或光刻方法加工而成。
6.如权利要求1所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述热流道换热板和冷流道换热板之间通过扩散焊叠置在一起。
7.如权利要求1所述的新型翅片结构的微通道换热器，其特征在于，所述凸出结构翅片(10)和凹陷结构翅片(11)以NACA机翼型结构为基础，根据机翼尾端到其最大内切圆处的弧线进行设计。
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