CN106440892B - 一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，属于换热设计技术领域。该换热器芯部包括n个换热板片组，并由n个换热板片组交替叠放而成，n个换热板片组承载n种热交换流体；换热板片包括过孔换热板片和通孔换热板片；过孔换热板片包括过孔基体、两个流体过孔和通过化学蚀刻在过孔基体上加工出的换热流道；通孔换热板片包括冷板和热板；冷板包括冷板基体、流体通孔和通过化学蚀刻在冷板基体上加工出的换热流道；热板包括热板基体、流体通口和通过化学蚀刻在热板基体上加工出的换热流道；每个换热板片组包括一个以上的冷板或热板。本发明提出的一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部具有降温效率高等特点。

Description

一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部
技术领域
本发明属于换热设计技术领域，具体涉及一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部。
背景技术
目前，微通道换热器已广泛的应用到船舶、汽车、空调等行业，微通道换热器由于其体积小、重量轻、已经成为了当今换热器研究开放的重要新方向，而目前，使用简单的换热器芯部结构不能实现多种流体换热。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，所采取的技术方案如下：
所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部包括n个换热板片组，并由n个换热板片组交替叠放而成，其中，n为不小于3的正整数；每个所述换热板片组承载一种热交换流体，所述n个换热板片组承载n种热交换流体；所述换热板片包括过孔换热板片和通孔换热板片；所述过孔换热板片包括过孔基体、两个流体过孔和通过化学蚀刻在过孔基体上加工出的换热流道；所述过孔换热板片上的换热流道的端口位于过孔换热板片的侧边上，作为换热流体的进口或出口；所述两个流体过孔作为与过孔换热板片上的换热流道的端口属性对应的换热流体的出口或进口；所述通孔换热板片包括冷板和热板；所述冷板包括冷板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在冷板基体上加工出的换热流道；所述冷板上的换热流道的端口位于冷板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；所述热板包括热板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在热板基体上加工出的换热流道；所述热板上的换热流道的端口位于热板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；每个换热板片组包括一个以上的过孔换热板片或通孔换热板片；包括通孔换热板片的换热板片组中含有一个以上的冷板或热板；不同所述换热板片的换热流体进、出口在垂直于换热板片方向的投影上彼此错开、不互相重叠，没有任何相互重叠的部分；所述流体过孔和流体通孔在垂直于换热板片方向的投影上安全重叠。
优选地，所述交替叠放表示在换热器芯部中与任一换热板片组相邻的换热板片组为除它自身外的任意换热板片组。
优选地，相邻的两个换热板片组中包含的换热板片上设有的换热流道垂直于换热板片方向的投影上有相互重叠的部分用于热交换。
优选地，所述换热流道全部位于所述过孔基体、冷板基体和热板基体的一面；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面，换热器芯部中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体设有换热流道的一面都朝向同一个方向。
优选地，所述换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面；所述每个换热板片组中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体的换热流道一面都朝向同一个方向；相邻的两组换热板片组的边界端换热板片的过孔基体、冷板基体和热板基体设有换热流道的一面朝向不同的，在此边界端换热板片之间叠放一个隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
优选地，所述换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的两面，每个过孔基体、冷板基体和热板基体两侧设有隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
优选地，所述换热流道位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面或两面，相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间的换热流道一面不相邻或相邻，在换热流道一面相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间设有隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
优选地，交替叠放后裸露在外的两个换热板片组外设置有盖板，任一盖板与与其相邻的换热板片组之间有隔板或无隔板。
优选地，所述过孔基体、冷板基体和热板基体均可由不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料制成，也可由陶瓷、PVC等非金属材料制成；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的厚度为1.5-4.0mm，表面粗糙度为1.6-3.2μm，平面度小于10μm。
优选地，所述过孔基体、冷板基体和热板基体上的换热流道的截面深度分别为过孔基体、冷板基体和热板基体的60-75％，水力学直径为1.0-3.0mm。
优选地，所述过孔基体上的换热流道为双曲型流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；所述双曲型流道中每一条曲型流道的一端即为端口，另一端对应与流体通孔相连。
优选地，所述冷板基体上的换热流道为水平两端带有矩形端口的圆形换热流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且两个流体通孔设置于圆形换热流道的中心位置；所述流体通孔的平面高于圆形换热流道的底面，所述圆形换热流道内的换热液体不能穿过流体通孔，圆形换热流道底部设有多个S型曲线沟壑。
优选地，所述热板基体上的换热流道为单曲型流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；所述单曲型流道完全绕过流体通孔，不与流体通口相通，使得单曲型流道内的换热液体不能穿过流体通孔。
所述换热器芯部中所有换热板片(冷板和热板，有隔板的，包括隔板)的基体形状、大小一致，在换热板片投影方向上的投影相互重叠。
上述换热器芯部中所有换热板片(过孔换热板、冷板和热板，有隔板的，包括隔板)的基体为多边形或圆形、不规则图形中的任意一种，堆叠而成的换热器芯部可以随环境形状定制，适应特定的空间需求。
上述换热器芯部中的盖板可以是不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料，也可以是陶瓷、PVC等非金属材料，厚度大于换热板片。
本发明的有益效果为：
本发明提出的一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部通过对换热板片进行冷板和热板的设计，实现了多种流体同时换热；同时，通过对过孔换热板片、冷板和热板的换热流道结构的设计有效的增加了换热器的换热效率。冷板及其纹理的设计增大换热液体的流速，增大了降温效率；热板及其为例的设计中，加长了其流道长度，是换热液体在流道内的过程较长，液体与冷板的接触时间也相对延长，使降温的幅度增大。
附图说明
图1为发明所述一面设有换热流道的冷板的主视结构示意图。
图2为发明所述一面设有换热流道的冷板的后视结构示意图。
图3为发明所述两面设有换热流道的冷板的主视结构示意图。
图4为发明所述两面设有换热流道的冷板的后视结构示意图。
图5为发明所述一面设有换热流道的热板的主视结构示意图。
图6为发明所述一面设有换热流道的发明的后视结构示意图。
图7为发明所述两面设有换热流道的热板的主视结构示意图。
图8为发明所述两面设有换热流道的热板的后视结构示意图。
图9为发明所述一面设有换热流道的过孔换热板片的主视结构示意图。
图10为发明所述一面设有换热流道的过孔换热板片的后视结构示意图。
图11为发明所述两面设有换热流道的过孔换热板片的主视结构示意图。
图12为发明所述两面设有换热流道的过孔换热板片的后视结构示意图。
图13为发明所述一面设有换热流道的过冷板的立体示意图。
图14为发明所述两面设有换热流道的过热板的立体示意图。
图15为发明所述两面设有换热流道的过孔换热板片的立体示意图。
图16为发明所述换热器芯部的一种搭配结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不受实施例的限制。
实施例1
一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部包括3个换热板片组，并由3个换热板片组交替叠放而成；每个所述换热板片组承载一种热交换流体，即所换热器芯部内包括3种热交换流体；换热板片包括过孔换热板片和通孔换热板片；过孔换热板片包括过孔基体、两个流体过孔和通过化学蚀刻在过孔基体上加工出的换热流道；孔换热板片上的换热流道的端口位于过孔换热板片的侧边上，作为换热流体的进口；两个流体过孔作为与过孔换热板片上的换热流道的端口属性对应的换热流体的出口；过孔基体上的换热流道为双曲型流道(如图9所示)，两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；双曲型流道中每一条曲型流道的一端即为端口，另一端对应与流体通孔相连。
通孔换热板片包括冷板和热板；冷板包括冷板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在冷板基体上加工出的换热流道；冷板上的换热流道的端口位于冷板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；热板包括热板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在热板基体上加工出的换热流道；热板上的换热流道的端口位于热板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；其中，冷板基体上的换热流道为水平两端带有矩形端口的圆形换热流道(如图1所示)，两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且两个流体通孔设置于圆形换热流道的中心位置；流体通孔的平面高于圆形换热流道的底面，圆形换热流道内的换热液体不能穿过流体通孔，圆形换热流道底部设有多个S型曲线沟壑。热板基体上的换热流道为单曲型流道(如图5所示)，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；所述单曲型流道完全绕过流体通孔，不与流体通口相通，使得单曲型流道内的换热液体不能穿过流体通孔。交替叠放后裸露在外的两个换热板片组外设置有盖板，任一盖板与其相邻的换热板片组之间有隔板，隔板为未蚀刻换热流道的基体。
每个换热板片组包括一个以上的过孔换热板片或通孔换热板片；包括通孔换热板片的换热板片组中含有一个以上的冷板或热板；其中，过孔换热板片、冷板和热板的交叠顺序顺序及各板片的具体数量可自由搭配。不同所述换热板片的换热流体进、出口在垂直于换热板片方向的投影上彼此错开、不互相重叠，没有任何相互重叠的部分；所述流体过孔和流体通孔在垂直于换热板片方向的投影上安全重叠。
本实施例中，换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面，过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面，如图1、图2、图5、图6和图9、图10所示；换热器芯部中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体设有换热流道的一面都朝向同一个方向，并且换热器芯部中所有换热板片(冷板、热板和隔板)的基体均为圆形。
过孔基体、冷板基体和热板基体均可由不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料制成，也可由陶瓷、PVC等非金属材料制成；过孔基体、冷板基体和热板基体的厚度为1.5-4.0mm，表面粗糙度为1.6-3.2μm，平面度小于10μm。过孔基体、冷板基体和热板基体上的换热流道的截面深度分别为冷板基体和热板基体的60-75％，水力学直径为1.0-3.0mm。
同时，换热器芯部中所有换热板片(过孔换热板片、冷板和热板)的基体(过孔基体、冷板基体和热板基体)以及隔板的形状、大小一致，在换热板片投影方向上的投影相互重叠。换热器芯部中的盖板可以是不锈钢、钛合金、铜合金等金属材料，也可以是陶瓷、PVC等非金属材料，厚度大于换热板片。
实施例2
实施例2与实施例1的不同之处在于，一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，包括8个换热板片组，并由8个换热板片组交替叠放而成，其中，换热板片组的交替叠放表示在换热器芯部中与任一换热板片组相邻的换热板片组为除它自身外的任意换热板片组。每个换热板片组承载一种热交换流体，即所换热器芯部内包括8种热交换流体。孔换热板片上的换热流道的端口位于过孔换热板片的侧边上，作为换热流体的出口；两个流体过孔作为与过孔换热板片上的换热流道的端口属性对应的换热流体的进口；交替叠放后裸露在外的两个换热板片组外设置有盖板，任一盖板与其相邻的换热板片组之间无隔板。
换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面；过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面；每个换热板片组中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体的换热流道一面都朝向同一个方向；不同的换热板片组的全部换热流道一面朝向可以不同。当相邻的两组换热板片组的边界端换热板片的过孔基体、冷板基体或热板基体设有换热流道的一面朝向不同的，在此边界端换热板片之间叠放一个隔板，其中，隔板为未蚀刻换热流道的基体。其他的部件及连接方式与实施例1相同。
实施例3
实施例3与实施例1和实施例2的不同之处在于，一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，包括15个换热板片组，并由15个换热板片组交替叠放而成，其中，换热板片组的交替叠放表示在换热器芯部中与任一换热板片组相邻的换热板片组为除它自身外的任意换热板片组。每个换热板片组承载一种热交换流体，即所换热器芯部内包括15种热交换流体。交替叠放后裸露在外的两个换热板片组外设置有盖板，任一盖板与其相邻的换热板片组之间有隔板或无隔板。过孔基体、冷板基体和热板基体的换热流道全部位于换热板片的两面(如图3、图4和图7、图8、图11、图12所示)，每个换热板片两侧设有隔板。其他的部件及连接方式与实施例1和实施例2相同。
实施例4
实施例4与上述实施例的不同之处在于，一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，包括20个换热板片组，并由20个换热板片组交替叠放而成，其中，换热板片组的交替叠放表示在换热器芯部中与任一换热板片组相邻的换热板片组为除它自身外的任意换热板片组。每个换热板片组承载一种热交换流体，即所换热器芯部内包括20种热交换流体。换热流道位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面或两面，相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间的换热流道一面不相邻或相邻，在换热流道一面相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间设有隔板。他的部件及连接方式与上述实施例相同。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部包括n个换热板片组，并由n个换热板片组交替叠放而成，其中，n为不小于3的正整数；每个所述换热板片组承载一种热交换流体，所述n个换热板片组承载n种热交换流体；所述换热板片包括过孔换热板片和通孔换热板片；所述过孔换热板片包括过孔基体、两个流体过孔和通过化学蚀刻在过孔基体上加工出的换热流道；所述过孔换热板片上的换热流道的端口位于过孔换热板片的侧边上，作为换热流体的进口或出口；所述两个流体过孔作为与过孔换热板片上的换热流道的端口属性对应的换热流体的出口或进口；所述通孔换热板片包括冷板和热板；所述冷板包括冷板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在冷板基体上加工出的换热流道；所述冷板上的换热流道的端口位于冷板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；所述热板包括热板基体、两个流体通孔和通过化学蚀刻在热板基体上加工出的换热流道；所述热板上的换热流道的端口位于热板基体的侧边上，分别为换热流体的进口和出口；每个换热板片组包括一个以上的过孔换热板片或通孔换热板片；包括通孔换热板片的换热板片组中含有一个以上的冷板或热板；不同所述换热板片的换热流体进、出口在垂直于换热板片方向的投影上彼此错开、不互相重叠，没有任何相互重叠的部分；所述流体过孔和流体通孔在垂直于换热板片方向的投影上完全 重叠。
2.根据权利要求1所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述交替叠放表示在换热器芯部中与任一换热板片组相邻的换热板片组为除它自身外的任意换热板片组。
3.根据权利要求2所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，相邻的两个换热板片组中包含的换热板片上设有的换热流道垂直于换热板片方向的投影上有相互重叠的部分用于热交换。
4.根据权利要求3所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述换热流道全部位于所述过孔基体、冷板基体和热板基体的一面；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面，换热器芯部中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体设有换热流道的一面都朝向同一个方向。
5.根据权利要求3所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的另一面为平面；所述每个换热板片组中全部的过孔基体、冷板基体和热板基体的换热流道一面都朝向同一个方向；相邻的两组换热板片组的边界端换热板片的过孔基体、冷板基体和热板基体设有换热流道的一面朝向不同的，在此边界端换热板片之间叠放一个隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
6.根据权利要求3所述的用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述换热流道全部位于过孔基体、冷板基体和热板基体的两面，每个过孔基体、冷板基体和热板基体两侧设有隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
7.根据权利要求3所述的用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述换热流道位于过孔基体、冷板基体和热板基体的一面或两面，相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间的换热流道一面不相邻或相邻，在换热流道一面相邻的过孔基体和过孔基体之间、过孔基体和冷板基体之间、过孔基体和热板基体之间、冷板基体与冷板基体之间、冷板基体与热板基体之间、热板基体与热板基体之间设有隔板，所述隔板为未蚀刻换热流道的基体。
8.根据权利要求1-7任一所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，交替叠放后裸露在外的两个换热板片组外设置有盖板，任一盖板与与其相邻的换热板片组之间有隔板或无隔板。
9.根据权利要求8所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述过孔基体、冷板基体和热板基体均可由不锈钢、钛合金或铜合金金属材料制成，也可由陶瓷或PVC非金属材料制成；所述过孔基体、冷板基体和热板基体的厚度为1.5-4.0mm，表面粗糙度为1.6-3.2μm，平面度小于10μm；所述过孔基体、冷板基体和热板基体上的换热流道的截面深度分别为过孔基体、冷板基体和热板基体的60-75％，水力学直径为1.0-3.0mm。
10.根据权利要求9所述用于三种以上流体热交换的换热器芯部，其特征在于，所述过孔基体上的换热流道为双曲型流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；所述双曲型流道中每一条曲型流道的一端即为端口，另一端对应与流体通孔相连；所述冷板基体上的换热流道为水平两端带有矩形端口的圆形换热流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且两个流体通孔设置于圆形换热流道的中心位置；所述流体通孔的平面高于圆形换热流道的底面，所述圆形换热流道内的换热液体不能穿过流体通孔，圆形换热流道底部设有多个S型曲线沟壑；所述热板基体上的换热流道为单曲型流道，所述两个流体通孔的孔心在同一直线上，并且流体通孔设置于单曲型流道的中心位置；所述单曲型流道完全绕过流体通孔，不与流体通口相通，使得单曲型流道内的换热液体不能穿过流体通孔。
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