CN108151561B - 一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器，包括换热核心段，该换热核心段内自上而下为多个热流体换热通道和冷流体换热通道；该换热核心段两个相对的侧壁上分别设置有冷流体进口导流段和冷流体出口导流段，冷流体进口导流段上开设有冷流体进口，冷流体出口导流段开设有冷流体出口，冷流体进口和冷流体出口均与各个冷流体换热通道相连通；该换热核心段另外两个相对的侧壁上设置有若干个配合使用的热流体进口导流段和热流体出口导流段，每个热流体进口导流段均开设有热流体进口，每个热流体出口导流段均开设有热流体出口，且一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段与一个或者多个热流体换热通道配合使用。

Description

一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器
技术领域
本发明属于印刷电路板换热技术领域，具体涉及一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器。
背景技术
印刷电路板式换热器(PCHE)是一种传热性能优良、高效率的紧凑式换热器。PCHE的流体通道是在金属板上采用光电化学刻蚀工艺形成的，传统的通道截面为直径1-3mm的半圆，不同的换热板之间通过扩散焊叠置在一起形成换热器核心段。
传统的印刷电路板式换热器常用于两种流体的换热，在需要同时对多种流体进行换热时，一种方法是采用其他的一些常规换热器，如管壳式、板式、板翅式或者螺旋板式等，但这些换热器的紧凑型远不如印刷电路板式换热器。另一种方法是采用多个换热器达到所需求的换热效果，生产过程中不仅需要采购多台换热器，并且对换热器的前后布置方式和场地占用也提出了额外的要求。这极大的增加了生产成本和初期投资。
另一方面，传统的印刷电路板式换热器中，换热板上流动通道的布置为直线流动或者Z型流动，流体受到的扰流较小甚至往往处于层流状态，单个流道与固体壁面的换热能力不强。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：
一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器，包括换热核心段，该换热核心段内自上而下为多个热流体换热板和冷流体换热板；
该换热核心段两个相对的侧壁上分别设置有冷流体进口导流段和冷流体出口导流段，冷流体进口导流段上开设有冷流体进口，冷流体出口导流段开设有冷流体出口，冷流体进口和冷流体出口均与各个冷流体换热通道相连通；
该换热核心段另外两个相对的侧壁上设置有若干个配合使用的热流体进口导流段和热流体出口导流段，每个热流体进口导流段均开设有热流体进口，每个热流体出口导流段均开设有热流体出口，且一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段与一个或者多个热流体换热通道配合使用。
本发明进一步的改进在于，与一个热流体换热通道配合使用的一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段呈对角设置，三种或四种流体的换热板从上至下交替布置。
本发明进一步的改进在于，热流体换热通道和冷流体换热通道均呈S型或者Z型布置。
本发明进一步的改进在于，该换热核心段由多个自上而下设置的换热板通过扩散焊工艺成型。
本发明进一步的改进在于，该每个换热板的长度为L和宽度为W，设定换热板上开设的流动通道的直径为D以及通道间距为δ；则有，
该换热板上的中心通道距离换热板宽度方向中心线的距离d0，如下：
Figure BDA0001503106910000031
中心通道向两侧各偏移通道间距δ得到两侧的第一个通道，中心通道两侧的第一个通道向远离中心通道的方向各偏移通道间距δ得到两侧的第二个通道，以此类推，直到流动通道布置满换热板。
本发明进一步的改进在于，中心通道两侧的通道凸起部分d1的大小如下：
Figure BDA0001503106910000032
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的印刷电路板式换热器中，基于扩散焊工艺成型的换热核心段，每种流体进口添加进口导流段，每种流体出口设置出口导流段。具体来说，换热核心段内自上而下为多个热流体换热板和冷流体换热板，使得单独的一台印刷电路板式换热器可用于三种或四种流体的同时换热，并且具有很高的紧凑型和换热效率。本发明解决了传统的印刷电路板式换热器难以用于三种或四种流体换热的问题，并且提高了紧凑型和换热效率。
进一步，本发明提供的印刷电路板式换热器，可以满足换热过程中高温、高压、泄露少、结构紧凑、高效等要求。本发明通过对换热核心段的流动和换热性能进行优化，还提出一种新的换热通道布置方式，这种布置方式在每层换热板的中心部分通过打通各个相邻通道，充分混合同一种流体，使得上下不同流体间平均温度差提高，从而提高换热效率，进一步板面的利用率和结构紧凑性；自上而下不同换热板通流不同冷热流体的布置方式实现了三种或四种不同冷热流体进行同时换热；S型的通道结构和翼型肋片进一步提高了换热器的换热效率。本发明满足了使用印刷电路板式换热器进行三种或四种流体换热的需求，在同样的换热器体积下，可以达到很大的换热量，反过来相当于缩减了换热器的体积和制造成本。
综上所述，本发明提供的一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器，其采用新的板片排列方式和换热通道布置方式，提高了板面的利用率和结构紧凑性；实现了三种或四种不同冷热流体进行同时换热；S型或者Z型的通道结构和球窝球凸流动控制结构的布置进一步提高了换热器的换热效率。
附图说明
图1为一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器的整体结构示意图；
图2为一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器的冷热换热板排列示意图；
图3为一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器的换热板上的流动通道布置示意图；
图4为S型流动通道示意图。
图中：1-换热核心段，2-冷流体进口导流段，3-第一热流体进口导流段，4-第二热流体出口导流段，5-冷流体出口导流段，6-第一热流体出口导流段，7-第二热流体进口导流段。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器，包括换热核心段1，该换热核心段1内自上而下为多个热流体换热通道和冷流体换热通道，且按照热流体换热通道、冷流体换热通道及热流体换热通道的形式排列；该换热核心段1两个相对的侧壁上分别设置有冷流体进口导流段2和冷流体出口导流段5，冷流体进口导流段2上开设有冷流体进口，冷流体出口导流段5开设有冷流体出口，冷流体进口和冷流体出口均与各个冷流体换热通道相连通；该换热核心段1另外两个相对的侧壁上设置有若干个配合使用的热流体进口导流段和热流体出口导流段，每个热流体进口导流段均开设有热流体进口，每个热流体出口导流段均开设有热流体出口，且一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段与一个或者多个热流体换热通道配合使用。
进一步，本发明通过对冷流体和热流体流通的换热板进行重新排列，可以使当前的印刷电路板式换热器应用于三种或者四种不同的冷热流体换热，当有三种不同的冷热流体时，假设两种冷流体，一种热流体，其换热板排列方式如图2所示，从上到下依次为热1流体、冷1流体、热2流体、冷1流体和热1流体等等。在印刷电路板式换热器的长度方向(即尺寸较长的方向)布置一种冷流体，在宽度方向(即尺寸较小的方向)布置两种热流体，两种热流体进出口对角布置。当有四种不同流体时，在印刷电路板式换热器的长度方向和宽度方向各布置两种流体，且都呈对角布置。
进一步，与一个热流体换热通道配合使用的一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段呈对角设置。流体流动通道在换热器核心部分相互平行交叉，使得换热效率最大化。
进一步，该换热核心段1由多个自上而下设置的换热板通过扩散焊工艺成型，且换热板上流动通道如图3所示，具体参数按以下方法确定：
1)通过测量得到换热板的长度L和宽度W，根据加工工艺和换热量需求设定流动通道的直径D以及通道间距δ。
2)根据如下公式计算得到中心通道距离换热板宽度方向中心线的距离d0。
Figure BDA0001503106910000061
3)将中心通道向两侧各偏移通道间距δ得到两侧的第一个通道。两侧通道凸起部分d1的大小按如下方式确定。
Figure BDA0001503106910000062
4)将中心通道两侧的第一个通道向远离中心通道的方向各偏移通道间距δ得到两侧的第二个通道，以此类推，直到流动通道布置满换热板。
5)换热板中间部分是相互打通的，以形成流体的上下对冲掺混并且形成类似肋片形状的结构增强换热效果。
通过以上方法确定得到通道布置的各个参数，这种通道布置方式，同种流体进入通道后从上下两个方向产生对冲，并且在换热板中间部分掺混，各个通道打通之后形成类似于扰流肋片的结构，并且使得相邻两个换热板的流道换热侧面积增大，从而加强换热效果。
此外，在流动方向上通道的布置可以结合S型(如图4所示)的通道布置，在换热器运行的流量较低，对应雷诺数小于200的时候可以布置球窝球凸等流动控制结构，可以在几乎不增加流动阻力的情况下进一步增强换热效率。
实施例1：
如图2所示是一种用于三种流体同时换热的印刷电路板式换热器核心段。其换热板布置从上到下为热1、冷1、热2、冷1、热1、冷1、热2等等。冷1流体沿换热板长度方向流过，热1流体进出口部分如图2所示，热2流体进出口部分与热1流体相对。
图1描述了换热器整体部分，其进出口导流段直接覆盖于冷热流体进出口部分，流体从冷流体进口导流段2、第一热流体进口导流段3及第二热流体进口导流段7流入换热器后，会自动分流至各个冷热流体换热板间流动通道，并分别从冷流体出口导流段5、第一热流体出口导流段6及第二热流体出口导流段4流出。
图3给出了换热板的通道布置方式，换热板长度为50mm，宽度W为30mm，半圆形通道直径为0.8mm，通道间距为1.5mm，根据以下两式：
Figure BDA0001503106910000071
Figure BDA0001503106910000072
可计算得到d0为12.1mm，d1为2.1mm。从而唯一确定换热板上所有流动通道的位置及尺寸。

Claims (1)

1.一种用于三种或四种流体换热的印刷电路板式换热器，其特征在于，包括换热核心段(1)，该换热核心段(1)内自上而下为多个热流体换热板和冷流体换热板；
该换热核心段(1)两个相对的侧壁上分别设置有冷流体进口导流段(2)和冷流体出口导流段(5)，冷流体进口导流段(2)上开设有冷流体进口，冷流体出口导流段(5)开设有冷流体出口，冷流体进口和冷流体出口均与各个冷流体换热通道相连通；
该换热核心段(1)另外两个相对的侧壁上设置有若干个配合使用的热流体进口导流段和热流体出口导流段，每个热流体进口导流段均开设有热流体进口，每个热流体出口导流段均开设有热流体出口，且一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段与一个或者多个热流体换热通道配合使用；
热流体换热通道和冷流体换热通道均呈S型或者Z型布置；
该换热核心段(1)由多个自上而下设置的换热板通过扩散焊工艺成型，该每个换热板的长度为L和宽度为W，设定换热板上开设的流动通道的直径为D以及通道间距为δ；则有，
该换热板上的中心通道距离换热板宽度方向中心线的距离d0，如下：
Figure FDA0002285668270000011
中心通道向两侧各偏移通道间距δ得到两侧的第一个通道，中心通道两侧的第一个通道向远离中心通道的方向各偏移通道间距δ得到两侧的第二个通道，以此类推，直到流动通道布置满换热板；
且有，换热板中间部分是相互打通的，以形成流体的上下对冲掺混并且形成类似肋片形状的结构增强换热效果；
与一个热流体换热通道配合使用的一个热流体进口导流段和对应一个热流体出口导流段呈对角设置，三种或四种流体的换热板从上至下交替布置；
中心通道两侧的通道凸起部分d1的大小如下：
Figure FDA0002285668270000021
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