CN106052432B - 具有交叉流道的微通道换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有交叉流道的微通道换热器，包括至少一个换热单元组，以及设置所述换热单元组外的壳体，换热单元组包括冷水单元、热水单元以及设置在两者之间的换热隔板，冷水单元与热水单元包括紧贴设置的至少两块扰流换热板，扰流换热板包括：板框，板框上设有呈类似平行四边形的镂空区；多个扰流板，其等间隔地排列在镂空区内以使镂空区的上下两端形成呈类似三角形的进水口和出水口，扰流板由多个呈V字形的翅片组成，相邻两块紧贴的扰流换热板上的扰流板的V字形方向相反以形成交叉流道。本发明换热均匀，交叉节点产生扰流，能更好混合对流且增加换热流程，增大换热效率，同时交叉设置使得换热器结构更稳定，抗压能力更好。

Description

具有交叉流道的微通道换热器
技术领域
本发明涉及热交换的领域。更具体地说，本发明涉及一种具有交叉流道的微通道换热器。
背景技术
随着工业的发展，汽车、航空、制冷和电子产业对换热器的要求越来越高。同时，近年来各种工业产品的集成度越来越高且设备体积越来越小，普通的换热器已经无法满足相应的换热需求。现有技术中的一些换热器只是机械地把多个单层板片连接在了一起，相邻的板片之间并不连通，每块板片之间并没有直接的联系，这样即使增大板片数也无法使板式换热器的换热效率得到本质的提升。而且现在大多数的板式换热器中每个流道的流程并不一样，从而导致了换热不均匀这一问题。
申请号为201110032826.2的专利提出了一种微通道换热器，其中包括了流体通道，流体通道一端成型有工作流体入口和制冷工质出口；另一端成型有工作流体流出口和制冷工质入口，所述流体通道内设有换热段，换热段由制冷工质层与工作流体层交替叠置，制冷工质层与所述工作流体层通过隔板层隔离。该技术中的换热器在使用过程中存在以下问题：工作流体和制冷工质的进出质口开在了同一侧，这会导致工质在每个流道中的流程不相同，在流程较长的流道中会出现充液不足的现象，这也就会加大流体分液不均匀这一问题。
申请号为201320800869.5的专利提出了一种换热器人字型换热区左右波纹不同流道间距的板片，其采用不同的人字型波纹流道间距，使介质均匀分布。其包括角孔、导流区、换热区、近端人字型波纹流道、远端人字型波纹，换热区由人字型波纹通道介质进口近端至远端人字型波纹流道间距逐渐加宽。该技术中的换热器在使用过程中存在以下特点：该板式换热器每一层的结构比较复杂，虽然能使流体在每一层中的换热效率提升，但是缺少层和层之间的联系，换热系数仍有提高的空间。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种流体在换热器中流程相同的具有交叉流道的微通道 换热器。
本发明还有一个目的是提供一种层与层之间存在联系且换热均匀的具有交叉流道的微通道换热器。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种具有交叉流道的微通道换热器，包括至少一个换热单元组，以及设置换热单元组外的壳体，每个换热单元组包括一个冷水单元、一个热水单元以及设置在两者之间的换热隔板，冷水单元与热水单元均包括依次紧贴竖直设置的至少两块扰流换热板，扰流换热板包括：
板框，其为矩形，板框上设有呈平行四边形的镂空区；
多个扰流板，其等间隔地排列在所述镂空区内以使所述镂空区的上下两端形成呈三角形的进水口和出水口，所述扰流板由多个呈V字形的翅片组成，所述翅片位于所述镂空区所在的区域内，其中，相邻两块紧贴的扰流换热板上的扰流板的V字形方向相反以使相邻两块扰流换热板之间形成交叉流道。
优选的是，其中，所述板框上与所述进水口和出水口所在对角线交叉的对角线上设置有两个贯穿孔，所述壳体和所述换热隔板上与所述板框上的进水口、出水口以及所述两个贯穿孔相对应的位置均设置有通孔；
其中，相邻的冷水单元与热水单元内的扰流换热板的镂空区反向设置，以使冷水单元的进水口、出水口和热水单元内的进水口、出水口互不干扰；
包括至少两个换热单元组，第一管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元的进水口、第一换热隔板上的通孔、相邻的第一热水单元上的贯穿孔以及第二换热隔板上的通孔连通至第二冷水单元的进水口，第二管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元的出水口、换热隔板上的通孔、相邻第一热水单元的贯穿孔以及第二换热隔板上的通孔连通至第二冷水单元的出水口；
第三管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元上的贯穿孔、第一隔板上的通孔、第一热水单元上的进水口、第二隔板上的通孔、第二冷水单元上的贯穿孔以及第三隔板上的通孔连通至第二热水单元的进水口，第四管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元上的贯穿孔、第一隔板上的通孔、第一热水单元上的出水口、第二隔板上的通孔、第二冷水单元上的贯穿孔以及第三隔板上的通孔连通至第二热水单元的出水口。
优选的是，其中，所述换热隔板朝向所述扰流换热板的两个侧面为纵向设置的波浪形 凸棱。
优选的是，其中，所述板框的镂空区沿长度方向自上至下等间距地水平设置有多块截流板，所述截流板上等间距地设有卡口以使所述截流板卡设在所述扰流板的一侧，任意一块节流板上位于相邻两块扰流板之间的部位上设有多个供流体通过的流通孔。
优选的是，其中，所述流通孔为多边形的孔洞。
优选的是，其中，所述换热隔板由铜或铝合金制成。
优选的是，其中，所述壳体上设置有聚氨酯保温层。
优选的是，其中，所述多个扰流板的两端设置有固定所述扰流板的固定板片。
优选的是，其中，所述翅片的两条边与竖直方向的夹角为20°。
本发明至少包括以下有益效果：
1、相邻两块换热扰流板上的翅片呈X型交叉，交叉点为节点，流体流动到节点时会产生扰流，并且扰流还能使各层的不同流道中的流体更好的混合对流，进一步增大换热效率，同时相邻两块换热扰流板上的翅片呈X型交叉，可以使得换热器结构更稳定，抗压能力更好；
2、本发明的进水口和出水口设置在平行四边形镂空区的对角线上，形成流道的扰流板位于镂空区内且每一根扰流板的长度一样，因此每一个流道的流程都是相同的，流体能完全地、充分地流过每一条流道，这样可以避免因流程不一样而导致的换热不均匀问题；
3、本发明中的换热单元是层层相叠而成，换热扰流板中的流道都是贯穿的，每一个流道都能连通至每一个其他的流道，因此换热扰流板中的流道蜿蜒盘旋，从而增加了换热过程的长度，提高了换热效果；
4、换热隔板朝向扰流换热板的两个侧面为纵向设置的波浪形凸棱，这样的换热板结构可以增加冷水单元和热水单元的接触面积，提高换热效率；
5、本发明设置截流板可以对流经流道的流体增加扰流，减缓流速，增加相邻换热单元之间的流体接触换热的时间，提高换热效率。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的换热器外观结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的换热单元组的结构示意图；
图3为本发明的一个实施例的冷水单元/热水单元的结构示意图；
图4为本发明的一个实施例的扰流换热板的结构示意图；
图5为本发明的一个实施例的两块换热扰流板交叉形成的流道的结构示意图；
图6为本发明的一个实施例的多个换热单元组的结构示意图；
图7为本发明的一个实施例的另一种扰流换热板的结构示意图；
图8为本发明的一个实施例的截流板的部分俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“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发明和简化描述，并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发明的限制。
如图1，图2所示，本发明提供一种具有交叉流道的微通道换热器，包括至少一个换热单元组1，可以根据实际换热要求设置多个换热单元组，以及设置所述换热单元组1外的壳体2，壳体2将换热单元组1封装住，防止流体渗出同时防止热量散失。每个换热单元组1包括一个冷水单元10、一个热水单元11以及设置在两者之间的换热隔板12，见图3，冷水单元10与热水单元11均包括依次紧贴竖直设置的至少两块扰流换热板100。冷水单元10与热水单元11内的扰流换热板100片数可根据具体的换热要求调整，但在确定了每个换热单元内的扰流换热板100片数后，之后的重复叠加的换热单元中的扰流换热板100片数就不可以再变动了，如此能保证流体在每个换热单元中分液均匀。
见图4，每块扰流换热板100包括：
板框101，其为矩形，板框101上设有呈平行四边形的镂空区102；
多个扰流板103，其等间隔地排列在镂空区102内以使镂空区102的上下两端形成呈三角形的进水口104和出水口105，扰流板103由多个呈V字形的翅片106连接而成，翅 片106位于镂空区102所在的区域内。其中，相邻两块紧贴的扰流换热板100上的扰流板103的V字形方向相反以使相邻两块扰流换热板100之间形成交叉流道107。
工作时，冷流体从冷水单元10的进水口104a进入到冷水单元10中，在相邻两块扰流换热板100之间形成交叉流道107中流过，热流体从热水单元11的进水口104b进入到热水单元11中，在相邻两块扰流换热板100之间形成交叉流道107中流过，冷流体和热流体通过设置在冷水单元10和热水单元11之间的换热隔板12进行传热换热，再分别由冷水单元10的出水口105a和热水单元11的出水口105b流出完成整个换热过程。本发明的进水口104和出水口105设置在平行四边形镂空区102的对角线上，形成流道的扰流板103位于镂空区102内且每一根扰流板103的长度一样，因此每一个流道的流程都是相同的，流体能完全地、充分地流过每一条流道，这样可以避免因流程不一样而导致的换热不均匀问题。此外，本发明中的换热单元是层层相叠而成，扰流换热板100中的流道都是贯穿的，每一个流道都能连通至每一个其他的流道，因此扰流换热板100中的流道蜿蜒盘旋，从而增加了换热过程的长度，提高了换热效果。见图5，相邻两块换热扰流板100上的翅片106呈X型交叉，交叉点106a为节点，流体流动到节点时会产生扰流，并且扰流还能使各层的不同流道中的流体更好的混合对流，进一步增大换热效率，同时相邻两块扰流换热板100上的翅片106呈X型交叉，可以使得换热器结构更稳定，抗压能力更好。
在另一个技术方案中，如图2所示，在扰流换热板100的板框101上与进水口104和出水口105所在对角线交叉的对角线上设置有两个贯穿孔108，壳体2上和换热隔板12上与板框101上的进水口104、出水口105以及板框101上的两个贯穿孔108相对应的位置均设置有通孔109。该贯穿孔108和通孔109的设置是方便流体进入管道通过。
其中，相邻的冷水单元10与热水单元11内的扰流换热板100的镂空区102反向设置，以使冷水单元10的进水口104a、出水口105a和热水单元11内的进水口104b、出水口105b互不干扰，同时冷流体进出口与热流体进出口不设在同一侧，可以保证流体在每一个换热单元中的流程一致，从而使得换热均匀。
本发明换热单元组1的数量和扰流换热板100的数量都可以根据用户要求在合理范围内增减。在冷热流体的温差较大的情况下，适当地增减对应的换热单元组数或者扰流换热板数能使设计更合理，可以提高换热效率。
当实际只需要一个换热单元组1时，见图2，第一管道110穿过壳体2上的通孔109与冷水单元10的进水口104a连通，冷流体从第一管道110进入，经过进水口104a流入 到冷水单元10中；第二管道111依次穿过壳体2上的通孔109与冷水单元10的出水口105a连通，在冷水单元10中换热的冷流体从冷水单元10的出水口105a流至第二管道111，从第二管道111中流出。第三管道112依次穿过壳体2上的通孔109、冷水单元10上的贯穿孔108、换热隔板12上的通孔109与热水单元11上的进水口104a连通，热流体从第三管道112中流入至热水单元11中；第四管道113依次穿过壳体2上的通孔109、冷水单元10上的贯穿孔108、换热隔板12上的通孔109与热水单元11上的出水口105b连通，换热后的热流体从热水单元11中流至第四管道113中，从第四管道113中流出。即冷流体从第一管道110进入，在冷水单元10中流动换热，再从第二管道111中流出，热流体从第三管道112进入，在热水单元11中流动换热，再从第四管道113中流出，冷流体和热流体在流动过程中通过换热隔板12传热换热。
当该换热器中设置有两个换热单元组1时，见图6，第一管道110依次穿过壳体2上的通孔109、第一冷水单元10a的进水口104a、第一换热隔板12a上的通孔109、相邻的第一热水单元11a上的贯穿孔108以及第二换热隔板12b上的通孔109连通至第二冷水单元10b的进水口104a，第二管道111依次穿过壳体2上的通孔109、第一冷水单元10a的出水口105a、第一换热隔板12a上的通孔109、相邻的第一热水单元11a上的贯穿孔108以及第二换热隔板12b上的通孔109连通至第二冷水单元10b的出水口105a。第三管道112依次穿过壳体2上的通孔109、第一冷水单元10a上的贯穿孔108、第一换热隔板12a上的通孔109、第一热水单元11a上的进水口104b、第二换热隔板12b上的通孔109、第二冷水单元10b上的贯穿孔108以及第三隔板12c上的通孔109连通至第二热水单元11b的进水口104b，第四管道113依次穿过壳体2上的通孔109、第一冷水单元10a上的贯穿孔108、第一换热隔板12a上的通孔109、第一热水单元11a上的出水口105b、第二换热隔板12b上的通孔109、第二冷水单元10b上的贯穿孔108以及第三隔板12c上的通孔109连通至第二热水单元11b的出水口105b。冷流体从第一管道110进入，分别通过第一冷水单元10a的进水口104a和第二冷水单元10b的进水口104a分别进入到第一冷水单元10a和第二冷水单元10b中，在第一冷水单元10a和第二冷水单元10b中流动换热，再通过第一冷水单元10a的出水口105a和第二冷水单元10b的出水口105a从第二管道111中流出。热流体从第三管道112进入，分别通过第一热水单元11a的进水口104b和第二热水单元11b的进水口104b分别进入到第一热水单元11a和第二热水单元11b中，在第一热水单元11a和第二热水单元11b中流动换热，再通过第一热水单元11a的出水口105b和第二热水 单元11b热的出水口105b，从第二管道111中流出。冷流体和热流体在流动过程中通过换热隔板12传热换热。以此类推，当换热器中具有三个以上的换热组时，连通方法一样，且只需要设置一组冷流体进出管道和一组热流体进出管道。本技术方案中壳体2、扰流换热板100和换热隔板12之间都是采用扩散融合焊接的技术焊接集合而成。扩散融合焊接技术加工为国内外较新的微加工技术，它是依靠材料间表面产生原子扩散而相互结合为和材料本身微细结构相似的整体，可以实现：1)结合部分没有接触热阻，以此焊接的微通道冷板密封性好，耐压高，可承受大压比。2)可以实现多层微通道架构，通道数目可以成百上千，布置及大小可根据需要进行调节。
在另一个技术方案中，换热隔板12朝向扰流换热板的两个侧面为波浪形的凸棱(图中未标示)，这样的换热板结构可以增加冷水单元和热水单元的接触面积，提高换热效率。
在另一个技术方案中，见图7，图8，板框101的镂空区102沿长度方向自上至下等间距地水平设置有多块截流板114，截流板114上等间距地设置有卡口115以使截流板114卡设在扰流板103的一侧上，任意一块截流板114上位于相邻两块扰流板103之间的部位上设有多个供流体通过的流通孔116。本发明设置截流板114可以对流经流道的流体增加扰流，减缓流速，增加相邻换热单元之间的流体接触换热的时间，提高换热效率。优选的是，流通孔116为多边形的孔洞，多边形的孔洞较圆形孔洞截流效果更好，因此增加相邻换热单元之间的流体接触换热时间也更长。
在另一个技术方案中，换热隔板12由铜或铝合金制成，换热隔板12需要由导热性好的材料制成，综合考虑，铜或铝合金是优选的材料。
在另一个技术方案中，壳体2上设置有聚氨酯保温层，这样可以防止在换热过程中，换热器本身的热量散失而降低换热效率。
在另一个技术方案中，多个扰流板103的两端水平设置有固定扰流板的固定板片117，防止扰流板103因流体的冲击而脱落或者移位。
在另一个技术方案中，翅片106的两条边与竖直方向的夹角为20°。本发明中扰流板103由多个呈V字形的翅片106组成，翅片106的两条边与竖直方向的夹角为20°，这样两个交叉叠置的翅片106之间的夹角就为40°，因此两块扰流换热板100交叉形成的流道就成40°夹角，如此便能使流体成40°的夹角进入流道，形成对流，然后在交替的流道中不断地混合，换热效果比普通的单层换热板片高。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，包括至少一个换热单元组，以及设置所述换热单元组外的壳体，所述换热单元组包括一个冷水单元、一个热水单元以及设置在两者之间的换热隔板，所述冷水单元与热水单元包括依次紧贴竖直设置的至少两块扰流换热板，所述扰流换热板包括：
板框，其为矩形，所述板框上设有呈平行四边形的镂空区；
多个扰流板，其等间隔地排列在所述镂空区内以使所述镂空区的上下两端形成呈三角形的进水口和出水口，所述扰流板由多个呈V字形的翅片组成，所述翅片位于所述镂空区所在的区域内，其中，相邻两块紧贴的扰流换热板上的扰流板的V字形方向相反以使相邻两块扰流换热板之间形成交叉流道；
所述板框上与所述进水口和出水口所在对角线交叉的对角线上设置有两个贯穿孔，所述壳体和所述换热隔板上与所述板框上的进水口、出水口以及所述两个贯穿孔相对应的位置均设置有通孔；
其中，相邻的冷水单元与热水单元内的扰流换热板的镂空区反向设置，以使冷水单元的进水口、出水口和热水单元内的进水口、出水口互不干扰；
包括至少两个换热单元组，第一管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元的进水口、第一换热隔板上的通孔、相邻的第一热水单元上的贯穿孔以及第二换热隔板上的通孔连通至第二冷水单元的进水口，第二管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元的出水口、换热隔板上的通孔、相邻第一热水单元的贯穿孔以及第二换热隔板上的通孔连通至第二冷水单元的出水口；
第三管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元上的贯穿孔、第一隔板上的通孔、第一热水单元上的进水口、第二隔板上的通孔、第二冷水单元上的贯穿孔以及第三隔板上的通孔连通至第二热水单元的进水口，第四管道依次穿过壳体上的通孔、第一冷水单元上的贯穿孔、第一隔板上的通孔、第一热水单元上的出水口、第二隔板上的通孔、第二冷水单元上的贯穿孔以及第三隔板上的通孔连通至第二热水单元的出水口。
2.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述换热隔板朝向所述扰流换热板的两个侧面为纵向设置的波浪形凸棱。
3.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述板框的镂空区沿长度方向自上至下等间距地水平设置有多块截流板，所述截流板上等间距地设有卡口以使所述截流板卡设在所述扰流板的一侧，任意一块截流板上位于相邻两块扰流板之间的部位上设有多个供流体通过的流通孔。
4.如权利要求3所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述流通孔为多边形的孔洞。
5.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述换热隔板由铜或铝合金制成。
6.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述壳体上设置有聚氨酯保温层。
7.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述多个扰流板的两端设置有固定所述扰流板的固定板片。
8.如权利要求1所述的具有交叉流道的微通道换热器，其特征在于，所述翅片的两条边与竖直方向的夹角为20°。
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