CN218480949U - 换热器芯体及包括其的印刷电路板式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了换热器芯体及包括其的印刷电路板式换热器。所述换热器芯体包括第一板片和第二板片，所述第一板片和第二板片之间形成第一工质通道，所述第一板片面对所述第二板片的下表面形成所述第一工质通道的一部分，所述第二板片面对所述第一板片的上表面形成所述第一工质通道的另一部分。本实用新型通过把工质通道的一部分设置在两块不同的板片上，再组合两块不同的板片得到工质通道，这样使工质通道的内部更容易清洗，减少了通道堵塞的可能性。

Description

换热器芯体及包括其的印刷电路板式换热器

技术领域

本实用新型涉及一种换热器芯体，特别涉及适用于高粘度低流速流体的换热器芯体及包括其的印刷电路板式换热器。

背景技术

印刷电路板式换热器是利用扩散焊技术将多层微通道板片进行拼接而形成的紧凑型板式换热器，其核心换热部件是具有通道直径约1-2mm多孔结构特点的换热芯体，具有较高的紧凑度、耐高压、耐高温、耐腐蚀和极高的稳定性和安全性，已在化工、制冷空调、石油天然气等领域得到广泛应用，但流体通道直径均较小(约1-2mm)，无法避免通道堵塞的技术难题。这一问题对于熔盐工质更是难以克服，因为熔盐长期服役后可能携带有悬浮物，从而更容易造成微流道的堵塞。一方面，如此庞大数量的流体通道，导致熔盐单通道的流通速度会很低，而与此同时，为避免熔盐堵塞，流通面积还需再增大，这就使得本来很低的熔盐流速会变得更低，流速的降低导致熔盐传热系数减小、换热器传热性能力大大降低。另一方面，对于高粘度流体，与传统工质相比，普朗特数较高，近壁面存在较薄的热粘性底层，在低流速下流体向管外传热过程本身就受到极大阻碍。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中换热器芯体通道容易造成堵塞的缺陷，提供一种便于清洗，通道堵塞率低，且传热性能更好，适用范围更广的换热器芯体。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种换热器芯体，其包括第一板片和第二板片，所述第一板片和第二板片之间形成第一工质通道，所述第一板片面对所述第二板片的下表面形成所述第一工质通道的一部分，所述第二板片面对所述第一板片的上表面形成所述第一工质通道的另一部分。

在本方案中，采用上述结构，分别在第一板片的下表面和第二板片的上表面设置第一工质通道的一部分，第一工质通道在第一板片的下表面和第二板片的上表面之间形成，通过把第一工质通道的一部分设置在不同的板片上，再由两块不同的板片组合形成第一工质通道，这样组合形成第一工质通道，通过分开两个板片就可以对通道内壁进行有效的清理，使通道的清理更加的方便，减少了工质通道堵塞率。

较佳地，所述第一板片的下表面或所述第二板片的上表面通过蚀刻或者机械加工的方法形成所述第一工质通道的一部分，所述第一板片和所述第二板片通过扩散焊连接。

在本方案中，采用上述结构，通过蚀刻或者机械加工的方法形成工质通道的一部分，能够满足在第一板片和第二板片上形成第一工质通道一部分的要求，且可以根据要求任意更改，成本更低。

较佳地，所述第一工质通道的截面形状为菱形、多边形、矩形、圆形、半椭圆形或者椭圆形。

在本方案中，采用上述结构，通过把第一工质通道截面设置成不同的形状，能够满足不同的工作需求。

较佳地，所述第一工质通道的内壁上设置有多个径向向内突出的环状凸起，且多个所述环状凸起沿着工质通道的延伸方向设置。

在本方案中，采用上述结构，通过在第一工质通道的内壁上设置环状凸起，增强了流体的径向扰流，同时加大了流体对壁面的冲刷。

较佳地，所述换热器芯体还包括第三板片，所述第三板片设于所述第二板片的上方，所述第三板片和第二板片之间形成第二工质通道，所述第三板片面对所述第二板片的上表面形成所述第二工质通道的一部分，所述第二板片面对所述第三板片的下表面形成所述第二工质通道的另一部分。

在本方案中，采用上述结构，通过在第二板片的上下表面都设置工质通道的一部分，第二板片上表面的工质通道和下表面的工质通道可以在竖直方向上重叠，这样在同等体积下换热器芯体可形成更多的工质通道，提高了换热器芯体的紧凑度。

较佳地，所述第一工质通道和所述第二工质通道在水平方向上的排列方式为顺序、错列或者倾斜交叉的方式排布。

较佳地，所述第一工质通道的流形为横纹型、翅片型、波纹型或者螺旋槽纹型。

在本方案中，采用上述结构，能够使芯体分配更灵活，合理的匹配各种应用场景。

较佳地，多个所述第一工质通道平行且等距排列。

在本方案中，采用上述结构，使流体能够均匀的通过工质通道，避免两通道之间相互影响。

较佳地，所述第一工质通道包括高温工质通道和低温工质通道；两相邻高温单通道之间至少有一个低温单通道，或者两低温通道之间至少有一个高温单通道。

在本方案中，采用上述结构，更好的提高了换热器芯体的换热效果。

本实用新型还提供了一种印刷电路板式换热器，所述印刷电路板式换热器至少包括一个如上所述的换热器芯体。

本实用新型的积极进步效果在于：

(1)有效改善通道堵塞，防止污垢生成，降低污染风险。一方面，由于板片对称连接形成的组合流道可以使截面变得更大，熔盐更不易堵塞。另一方面，管翅通道由于截面周期性变化使管内流体总是处于规律性的扰动状态，增加了管内流体的径向流动，促进了高粘流体的紊流强度，使流体杂质等沿径向分布更均匀，这不仅使得杂质颗粒难以附着于流体通道内，而且还从根本上减小了换热器结垢的可能性。

(2)增强传热性能。由于管翅通道内壁存在向内扩展的环状凸起，使得高粘流体在管内流动时受到凸起的影响形成轴向漩涡，提高了流体的紊流强度，增加了流体边界层的扰动，不仅有利于边界层厚度的减薄，而且有利于边界层热阻的降低和热量通过边界层的传递，大大提高了传热系数。当涡流经过一个凸起而即将消失时，流体又会流经下一个内壁凸起，如此往复不断地产生轴向涡流，使得流体在管翅通道内维持连续且稳定的强化作用。与光滑壁面通道结构相比，本实用新型提供的适用于高粘流体管翅式结构流道的传热系数在低流速(Re<2300)下能提升2.3-2.8倍。

(3)较高紧凑度。与传统PCHE单面蚀刻通道不同，该结构板片双面蚀刻，冷热通道由两面通道组合而成，省去了传统板片的隔板厚度，一定程度上缩减了芯体体积，提高了设备的紧凑度，同时，与同等厚度和管间距的传统 PCHE芯体结构相比，该PCHE芯体结构还增加了传热面积。

(4)芯体分配更灵活，能合理匹配各种应用场景。可灵活拼装不同流道形式(如：横纹型、翅片型、波纹型、螺旋槽纹型等组合)，也可以自由组合不同流道流通截面形状(三角形、梯形、矩形、半圆形、半椭圆形、椭圆形或异形中的任一种)。同时，为匹配不同工质特性和不同传热需求，参数可灵活设定，如：通道数量比，直径比，板片排布形式、流道的堆叠方式等。

(5)应用范围广，组合流道的形式和由此形成的冷热通道间较大的传热壁面，一方面，能减小热应力和机械应力，另一方面，更适用于大温差、大压差等苛刻的工况条件。这不但适用于熔盐堆、熔盐储热等高温应用场景，而且对于太阳能光热发电、先进布雷顿循环发电及高温制氢等新能源综合利用领域均有很好的应用前景。

(6)较好的经济性能和安全稳定性，由于该结构较翼形和S形板片的制造技术相对简单，制造成本能相应降低；另外，由于管翅结构防堵、防垢和防污能力较强，大大降低了高粘度流体堵塞的风险，相应的维修费用降低，设备故障率也减小，这对于四代堆、发电和储能***的安全稳定运行起到有力保障。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的换热器芯体的截面结构示意图。

图2为本实用新型较佳实施例的换热器芯体的立体结构示意图。

图3A为本实用新型较佳实施例横纹型的第一工质通道的轴向截面结构示意图。

图3B为本实用新型较佳实施例翅片型的第一工质通道的轴向截面结构示意图。

图3C为本实用新型较佳实施例波纹型的第一工质通道的轴向截面结构示意图。

图3D为本实用新型较佳实施例螺旋槽纹型的第一工质通道的轴向截面结构示意图。

图4A为本实用新型较佳实施例菱形的第一工质通道的截面示意图。

图4B为本实用新型较佳实施例多边形的第一工质通道的截面示意图。

图4C为本实用新型较佳实施例矩形的第一工质通道的截面示意图。

图4D为本实用新型较佳实施例圆形的第一工质通道的截面示意图。

图4E为本实用新型较佳实施例半椭圆形的第一工质通道的截面示意图。

图4F为本实用新型较佳实施例椭圆形的第一工质通道的截面示意图。

附图标记说明：

换热器芯体100

第一板片110

第二板片120

第一工质通道130

环状凸起131

第三板片140

第二工质通道150

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

如图1和图2所示，本实施例提供一种换热器芯体100，该换热器芯体 100包括第一板片110和第二板片120，所述第一板片110和第二板片120 之间形成第一工质通道130，所述第一板片110面对所述第二板片120的下表面形成所述第一工质通道130的一部分，所述第二板片120面对所述第一板片110的上表面形成所述第一工质通道130的另一部分。所述第一板片 110的下表面或所述第二板片120的上表面通过蚀刻或者机械加工的方法形成所述第一工质通道130的一部分，所述第一板片110和所述第二板片120 通过扩散焊连接。

具体的，换热器主要是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在璧表面对流，两种流体之间进行换热。其中具有通道直径约1-2mm多孔结构的换热芯体100是换热器的核心部件，由于通道直径只有1-2mm，无可避免会引起通道堵塞的问题，特别是对于熔盐工质更是难以克服。在本实用新型中，以蚀刻或者机械加工的方法加工第一板片110 的上表面和第二板片120的下表面使其形成第一工质通道130的一部分，再把第一板片110和第二板片120通过扩散焊的技术的连接，那么第一板片 110上表面和第二板片120下表面所形成的工质通道的一部分组合形成了第一工质通道130，可以通过拆卸板片实现对工质通道更好的清理效果，减少工质通道的通道堵塞率。同时，通过第一板片110和第二板片120组合形成第一工质通道130也减小了热应力和机械应力，使换热器芯体100能够适用于大温差、大压差等严苛的工况条件。第一工质通道130的直径并不限定具体的尺寸，它的直径可以随着工作需求来进行调整。在本实施例中，每块板片均只形成了第一工质通道的一半，但是本实用新型并不局限于此，本实用新型的技术人员可以根据需要，在第一板片形成第一工质通道三分之一、四分之一等。

本实施例中，所述第一工质通道130的截面形状为菱形、多边形、矩形、圆形、半椭圆形或者椭圆形，图4A、4B、4C、4D、4E、4F分别表示菱形、多边形、矩形、圆形、半椭圆形和椭圆形的第一工质通道130的截面图，通过调整工质通道的截面形状，使换热器芯体能够匹配各种应用场景，这样整个芯体的分配也更加的灵活。

本实施例中，换热器芯体100还包括第三板片140，所述第三板片140 设于所述第一板片110的上方，所述第三板片140和第一板片110之间形成第二工质通道150，所述第三板片140面对所述第一板片110的下表面形成所述第二工质通道150的一部分，所述第一板片110面对所述第三板片140 的上表面形成所述第二工质通道150的另一部分。如图1和图2所示，仅示意了三个板片组合的芯体，但是本实用新型并不局限于此。本实用新型的芯体可以包括三个以上的板片，多个板片以图1所示方式相互叠加，位于中间的板片例如第一板片110等的每一块板片的上下表面都蚀刻工质通道的一部分，从而形成完整的芯体，而最上方的板片的上表面和最下方的板片的下表面无需刻蚀通道。通过在位于中间的板片例如第二板片120等的每一块板片的上下表面都形成各自对应所述通道的一部分，在相同的体积下可以形成更多的工质通道，提高了设备的紧凑度还增加了传热面积。同时，这样的板片与板片之间的连接方式较简单，制造成本也就相应的降低。工质通道除可以设置成如图2所示的直线型结构，也可以是Z型、S型或者是流线型的结构。

本实施例中，如图2所示，所述第一工质通道130的内壁上设置有多个径向向内突出的环状凸起131，且多个所述环状凸起131沿着工质通道的延伸方向设置。在例如第一工质通道130内的每个工质通道内设置环状凸起 131，这些环状凸起131使得高粘流体在工质通道中流动时受到凸起的影响形成轴向漩涡，提高了流体的紊流强度，增加了流体边界层的扰动，不仅有利于边界层厚度的减薄，而且有利于边界层热阻的降低和热量通过边界层的传递，大大提高了传热系数。当涡流经过一个凸起而即将消失时，流体又会流经下一个环状凸起131，如此往复不断地产生轴向涡流，使得流体在工质通道内维持连续且稳定的强化作用。环状凸起的存在会增强工质通道内的径向扰流能力，工质通道内防垢和防污能力也会相应的增强，流体堵塞的风险也就会相应的降低，设备的故障率也就会减少，增强了换热器芯体100的经济性能和安全稳定性。

本实施例中，所述第一工质通道130的流形为横纹型、翅片型、波纹型或者螺旋槽纹型。由于沿着工质通道的延伸方向设置了许多环状凸起131，所述环状凸起131向工质通道的内表面突出，那么在工质通道的外表面上就会形成凹凸的结构，环状凸起的不同长宽比就会形成如图3A、3B、3C、3D 所示的横纹型、翅片型、波纹型或者螺旋槽纹型的流道形式。这些环状凸起向内突出，那么在工质通道的外表面就会形成翅片，具体来说翅片是因为环状凸起131向内突出而形成的。工质通道拥有翅片能进一步的提高换热效率，同时防堵防污能力也更强。在本实施例，根据不同的工况翅片类型即环状凸起的长宽比可以灵活的进行调整来实现不同的工况要求。

在本实施例中，多个所述第一工质通道130平行且等距排列，所述第一工质通道130和所述第二工质通道150在水平方向上的排列方式为顺序、错列或者倾斜交叉。第二工质通道150和第一工质通道130的中心轴线处于不同的两个平面，第二工质通道150和第一工质通道130相互之间的排列布局对流体通过并没有影响，故第一工质通道130和第二工质通道150之间在水平方向可以相互平行即形成了如图2所示的顺序的排列方式，第一工质通道130和第二工质通道150也可以不以一个方向排列，第一工质通道130和第二工质通道150之间可以在水平方向上相互交叉即形成倾斜交叉的排列方式，除此之外第一工质通道130和第二工质通道150在水平方向上既不相互交叉也不相互平行即形成错列的排列方式。

第一板片110形成一个或多个工质通道的一部分，在本实施例中，第一板片110上形成多个第一工质通道130和第二工质通道150的一部分。多个所述第一工质通道130平行且等距排列。具体而言，第一板片110不止形成一个工质通道的一部分，同理第二板片120也不止形成一个所述工质通道的另一部分，由此第一板片110和第二板片120连接会形成多个所述的第一工质通道130如图1和图2所示，第一板片110和第二板片120之间所形成的第一工质通道130和第一工质通道130之间的距离是相等的。

在本实施例中，所述第一工质通道130包括高温工质通道和低温工质通道；两相邻高温单通道之间至少有一个低温单通道，或者两低温通道之间至少有一个高温单通道。通过把工质通道分为高温工质通道和低温工质通道，这样更好的提高了换热器芯体的换热效果。高温工质通道和低温工质通道的数量比可以根据不同的工作需求来进行调整。设置高温工质通道和低温工质通道提高了换热的效率，但是并不限定通过高温工质通道和低温工质通道的流体，即高温工质通道和低温工质通道都可以走高温流体和低温流体。除此之外，工质通道的直径比也并不限定，可以在不同的工作情况下对工质通道的直径比进行不同的调整。

本领域的技术人员应当理解的是，本实施例仅示意了三个板片叠加的情况，但是本实用新型并不局限于此，本实用新型的板片的数量可以根据实际需要进行设置。

本实施例还提供一种印刷电路板式换热器，所述印刷电路板包括如上所述的换热器芯体。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种换热器芯体，其特征在于，其包括第一板片和第二板片，所述第一板片和第二板片之间形成第一工质通道，所述第一板片面对所述第二板片的下表面形成所述第一工质通道的一部分，所述第二板片面对所述第一板片的上表面形成所述第一工质通道的另一部分。

2.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一板片的下表面或所述第二板片的上表面通过蚀刻或者机械加工的方法形成所述第一工质通道的一部分，所述第一板片和所述第二板片通过扩散焊连接。

3.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一工质通道的截面形状为菱形、多边形、矩形、圆形、半椭圆形或者椭圆形。

4.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一工质通道的内壁上设置有多个径向向内突出的环状凸起，且多个所述环状凸起沿着工质通道的延伸方向设置。

5.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述换热器芯体还包括第三板片，所述第三板片设于所述第二板片的上方，所述第三板片和第二板片之间形成第二工质通道，所述第三板片面对所述第二板片的上表面形成所述第二工质通道的一部分，所述第二板片面对所述第三板片的下表面形成所述第二工质通道的另一部分。

6.如权利要求5所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一工质通道和所述第二工质通道在水平方向上的排列方式为顺序、错列或者倾斜交叉。

7.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一工质通道的流形为横纹型、翅片型、波纹型或者螺旋槽纹型。

8.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，多个所述第一工质通道平行且等距排列。

9.如权利要求1所述的换热器芯体，其特征在于，所述第一工质通道包括高温工质通道和低温工质通道；两个相邻高温工质通道之间至少有一个低温工质通道，或者两个低温工质通道之间至少有一个高温工质通道。

10.一种印刷电路板式换热器，其特征在于，所述印刷电路板包括如权利要求1-9任意一项所述的换热器芯体。

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