CN109458862A - 一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器 - Google Patents

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CN109458862A CN201811303370.7A CN201811303370A CN109458862A CN 109458862 A CN109458862 A CN 109458862A CN 201811303370 A CN201811303370 A CN 201811303370A CN 109458862 A CN109458862 A CN 109458862A
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何雅玲
时红远
邱羽
王文奇
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Xian Jiaotong University
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Xian Jiaotong University
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • 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
    • F28F3/06—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being attachable to the element

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Abstract

本发明公开了一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，包括换热芯体、进口段和出口段等三部分；其中，换热芯体包括至少一个换热板，换热板内包含至少一组立体交错旋流流道，冷热流体在立体交错旋流流道内流动并进行换热；工作过程中，热流体和冷流体首先分别从热流体进口段和冷流体进口段进入换热芯体，然后在换热芯体的立体交错旋流流道内完成对流换热，最后分别从热流体出口段和冷流体出口段流出；本发明设计的立体交错旋流流道能够有效增加换热面积，减少流动死区，克服传统印刷电路板式换热器中冷流体和热流体无法在水平方向实现换热的缺点，从而提高换热器的换热效率。

Description

一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器
技术领域
本发明涉及换热装置技术领域，具体涉及一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器。
背景技术
在太阳能、核能、石油化工、制冷等领域中，换热器是实现系统热能高效传递的关键设备。目前，传统的管壳式换热器由于运行稳定性较好而在这些领域中得到了广泛的应用。但是由于结构限制，管壳式换热器难以满足液化天然气、超临界氦气以及超临界二氧化碳(SCO2)等高温高压工质对换热器性能的要求，例如在太阳能热发电应用中熔盐与SCO2的换热过程。为了解决这一问题，印刷电路板式换热器(PCHE)得到了广泛的关注与研究。PCHE是一种紧凑式换热器，可以承受高温、高压的工作环境，尤其是Z字型通道和翼型肋片结构的PCHE具有紧凑性好、换热效率高的特点。但是这些换热器的缺点是阻力较大且存在流动死区，会造成较大的压力损失。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，以减少流动死区，增加换热面积，从而以进一步提升换热器性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，包括换热芯体，位于换热芯体两端的热流体进口段、热流体出口段、冷流体进口段和冷流体出口段，且换热芯体至少包括一个换热板，换热板内至少包括一组立体交错旋流流道，所述的立体交错旋流流道包含热流体流道和冷流体流道，热流体流道和冷流体流道中的热流体和冷流体分别通过热流体进口段与冷流体进口段进入立体交错旋流流道，完成换热后再分别通过热流体出口段与冷流体出口段流出换热器。
所述的立体交错旋流流道沿换热板宽度方向等间距排列，相邻换热板内的立体交错旋流流道中心在相同轴线上或交错布置。
所述的换热板内的立体交错旋流流道为周期性结构，每组立体交错旋流流道中的热流体流道和冷流体流道相位差为180°。
所述的立体交错旋流流道的流道曲线为下述曲线中一种或多种的组合：圆柱螺旋线、圆锥螺旋线以及几段直线与弧线构成的周期性曲线。
所述的换热板内的立体交错旋流流道的热流体流道和冷流体流道截面形状为圆形、椭圆形、半圆形、三角形、矩形以及几条直线与弧线构成的任意形状。
本发明立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，与现有技术相比，具有以下优点：
1)增强换热流体沿径向的流动。本发明联想DNA双螺旋结构，将二维平面流动变为三维立体交错旋流流动，克服了现有印刷电路板式换热器中的冷流体和热流体无法在水平方向实现换热的缺点。
2)增加换热面积。立体交错旋流结构流道能够高效利用换热板内高有限的空间，从而增加换热面积，提高换热性能，且进一步能够提高换热器的紧凑性。
3)减小流动死区。立体交错旋流流道没有明显的流动死区，能够减小由于通道转角引起的阻力损失，从而提升换热器流动性能，减小功耗。
4)降低热应力。立体交错旋流流道的圆滑过渡能够有效降低流道尖角和肋片尖角引起的热应力集中现象，避免了应力集中而产生的塑性变形，从而提高使用寿命。
附图说明
图1为本发明换热器的立体图。
图2为本发明换热器中一个换热板内的立体交错旋流流道排布示意图。
图3(a)为本发明换热器中立体交错旋流流道同轴排布示意图。
图3(b)为本发明换热器中立体交错旋流流道交错排布示意图。
图4为本发明换热器中一组立体交错旋流流道的示意图。
具体实施方式
接下来结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参见附图1，本发明一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，包括换热芯体1，位于换热芯体1两端的热流体进口段2、热流体出口段3、冷流体进口段4和冷流体出口段5，且换热芯体至少包括一个换热板6，换热板6内至少包括一组立体交错旋流流道7。
参见附图2，所述的换热芯体1内的立体交错旋流流道7沿换热板6宽度方向等间距排列。
参见附图3(a)和附图3(b)，所述的换热板6堆叠排列，且相邻换热板6内的立体交错旋流通道7，其中心在相同轴线上或交替布置。
参见附图4，所述的换热板6内的立体交错旋流流道7为周期性结构，每组立体交错旋流流道7中的热流体流道和冷流体流道相位差为180°。
换热器工作过程为：热流体和冷流体首先分别从热流体进口段2和冷流体进口段4分别进入换热芯体1的热侧和冷侧，之后在换热芯体1内的立体交错旋流流道7进行对流换热，最后分别从热流体出口段3和冷流体出口段5流出换热器。

Claims (5)

1.一种立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，包括换热芯体(1)、热流体进口段(2)、热流体出口段(3)、冷流体进口段(4)和冷流体出口段(5)，且换热芯体(1)至少包括一个换热板(6)，其特征在于：换热板(6)内至少包括一组立体交错旋流流道(7)，所述的立体交错旋流流道(7)包含热流体流道和冷流体流道，热流体流道和冷流体流道中的热流体和冷流体分别通过热流体进口段(2)与冷流体进口段(4)进入立体交错旋流流道(7)，完成换热后再分别通过热流体出口段(3)与冷流体出口段(5)流出换热器。
2.根据权利要求1所述的立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，其特征在于：所述的立体交错旋流流道(7)沿换热板宽度方向等间距排列，相邻换热板(6)内的立体交错旋流流道(7)中心在相同轴线上或交错布置。
3.根据权利要求1所述的立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，其特征在于：所述的立体交错旋流流道(7)为周期性结构，每组立体交错旋流流道(7)中的热流体流道和冷流体流道相位差为180°。
4.根据权利要求1所述的立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，其特征在于：所述的立体交错旋流流道(7)的流道曲线为下述曲线中一种或多种的组合：圆柱螺旋线、圆锥螺旋线以及几段直线与弧线构成的周期性曲线。
5.根据权利要求1所述的立体交错旋流结构印刷电路板式换热器，其特征在于：所述的立体交错旋流流道(7)的热流体流道和冷流体流道截面形状为圆形、椭圆形、半圆形、三角形、矩形以及几条直线与弧线构成的任意形状。
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