CN112944996A - 一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板 - Google Patents

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文哲希
吕义高
李庆
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    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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Abstract

本发明提供了一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。本发明实例提供的复合流道由非强化传热段和强化传热段组成，其中非强化传热段采用直流道而传热强化段采用波纹流道，流道截面为半圆形状。基于所述复合换热流道的多排布置，可以制造用于印刷电路板换热器的换热板。本发明可根据变物性工质沿程局部流动传热特性变化，在连续流道内将强化和非强化传热段进行灵活组合，仅在换热较强、压降较小的区域采用强化传热的波纹流道而其余区域采用直流道，在强化传热的同时减小沿程流动总压力损失，达到了提高流道和换热板综合热工水力性能的目的。

Description

一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板
技术领域
本发明涉及换热领域，具体涉及一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。
背景技术
印刷电路板换热器作为一种新型换热器，具有结构紧凑、单位体积的换热面积大、换热效率高、在高温高压等极端条件下运行可靠性好等优点，近年来在能源、石油化工、航空航天、低温制冷等领域显示了较好的应用前景。该换热器由若干层换热板堆叠起来通过扩散焊技术加工形成换热器的换热核心，因此，每一层换热板内换热流道的几何结构对换热器的紧凑性和综合热工水力性能等起决定性作用。目前印刷电路板换热器最常用的流道主要为直流道和Z字形结构，其中直流道虽然压力损失最小，但是其换热性能较差，而Z字形流道的换热性能虽然可获得大幅度提升，但是其压力损失也会增加数倍，从而消耗更多的泵功。正弦波纹流道与上述两种结构的流道相比，换热能力提升的同时压力损失并不大，在改善换热换热器的综合热工水力性能方面具有独特的优势。
此外，在不同应用领域的具体换热背景下，如超临界二氧化碳布雷顿循环、跨临界有机朗肯循环等，换热器内的工质一般处于超临界压力条件，其物性参数在拟临界区域存在剧烈的变化，导致工质在换热器流道内的沿程局部流动传热特性存在显著差异。比如，在超临界CO2布雷顿循环***的预冷器内CO2的冷却过程中，在高温区换热能力较弱而压力损失却较大，但在低温区其换热能力显著提高而压力损失较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在提高流道换热能力的同时，减小流体在换热过程的压力损失的基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：复合换热流道由相连通的非强化传热段和强化传热段组成，其中，在非强化传热段采用直流道，而在强化传热段采用波纹流道。
所述复合换热流道的非强化传热段直流道的中心线与强化传热段波纹流道的中心线的波峰或波谷位置连接，直流道与正弦波纹流道在连接处光滑过渡。
所述复合换热流道是通过蚀刻或3D打印方式加工出的微小通道。
所述复合换热流道的通道半径为0.5～5mm。
所述复合换热流道的横截面为半圆形、半椭圆形、圆形、椭圆形、三角形、矩形或者梯形中的任意一种。
所述的强化传热段波纹流道中心线是三角形、正弦/余弦、半圆形或梯形周期性波形。
一种基于分区强化的复合换热流道的换热板，在换热板上设置有含若干复合换热流道。
本发明提供的用于印刷电路板换热器的复合换热流道及包含其的换热板，其在工质传热能力弱而压力损失大的区域采用直流道避免更大的压力损失，而在传热能力强而压力损失小的区域采用波纹结构进行传热强化，进一步利用流体的传热能力，从而可实现流道综合热工水力性能的进一步提升，该基于分区强化的复合换热流道结构对于以变物性流体为工质的“高效低阻”换热器设计具有重要的现实意义和应用前景。
附图说明
图1(a)是直流道及包含其的换热板结构示意图；
图1(b)是波纹(正弦波纹)流道及包含其的换热板结构示意图；
图2(a)是本发明实施例的复合换热流道示意图；
图2(b)是本发明实施例的包含复合换热流道的换热板结构示意图；
图3是发明实施例的复合流道及包含其的换热板三维视图；
图4是本发明中强化传热段波纹流道可使用的部分波形示意图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明确，以下结合具体实施例、并参考附图对本发明作进一步的说明。
本发明实施例提供一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。图2(a)是本发明实施例采用的复合换热流道，该流道由非强化传热段1和强化传热段2组成，其中，在非强化传热段1采用直流道(参见图1(a))，而在强化传热段2采用正弦波纹流道(参见图1(b))。复合换热流道的非强化传热段直流道的中心线与强化传热段波纹流道的中心线的波峰或波谷位置连接，直流道与波纹流道在连接处光滑过渡。正弦波纹流道的波长P和波幅A为定值。图2(b)是本发明实施例的包含多个复合换热流道的换热板3，其三维视图如图3所示，通过堆叠和扩散焊等加工手段可加工出满足使用温度和承压要求的印刷电路板换热器。
复合换热流道是通过蚀刻或3D打印方式加工出的微小通道。
复合换热流道的通道半径在本实施例中可选范围为0.5～5mm，复合换热流道的通道半径可以根据换热量、压力条件、加工能力等进行适当调整。
在本实施例中，流道的横截面为半圆形，但在其他实施例中，其横截面也可为半椭圆形、圆形、椭圆形、矩形、梯形或三角形等其他形状。
在本实施例中强化传热段2使用了正弦波纹流道，在其他实施例中，强化传热段2波纹流道可使用三角形(Z字形)、梯形、半圆、椭圆等不同形状的波形，部分波形如图4所示。
本发明实施例提供的复合换热流道，其在工质传热能力弱而压力损失大的区域(即低密度区)采用直流道避免更大的压力损失，而在传热能力强而压力损失小的区域采用波纹结构进行传热强化，进一步提高其传热能力，从而可实现综合热工水力性能的进一步提升，这对于以变物性流体为工质的“高效低阻”的换热***的设计具有重要的现实意义和应用前景。

Claims (7)

1.一种基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述复合换热流道由相连通的非强化传热段(1)和强化传热段(2)组成，其中，在非强化传热段(1)采用直流道，而在强化传热段(2)采用波纹流道。
2.根据权利要求1所述的基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述复合换热流道的非强化传热段(1)直流道的中心线与强化传热段(2)波纹流道的中心线的波峰或波谷位置连接，直流道与正弦波纹流道在连接处光滑过渡。
3.根据权利要求1所述的基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述复合换热流道是通过蚀刻或3D打印方式加工出的微小通道。
4.根据权利要求1所述的基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述复合换热流道的通道半径为0.5～5mm。
5.根据权利要求1所述的基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述复合换热流道的横截面为半圆形、半椭圆形、圆形、椭圆形、三角形、矩形或者梯形中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的基于分区强化的复合换热流道，其特征在于，所述的强化传热段(2)波纹流道中心线是三角形、正弦/余弦、半圆形或梯形周期性波形。
7.一种如权利要求1-6任一项基于分区强化的复合换热流道的换热板，其特征在于，在换热板(3)上设置有若干复合换热流道。
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