CN111412781A - 一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机。一种换热板，包括：板本体，板本体上设有流体进口和流体出口；过渡流道，设于流体进口和/或流体出口处，过渡流道内设有多个第一凸起；换热流道，换热流道的两端分别与两个过渡流道，或一个过渡流道和流体进口，或流体出口和一个过渡流道连通。通过在过渡流道内设置第一凸起，换热介质进入到过渡流道，经过第一凸起碰撞，使换热介质的温度均匀分布，继而换热介质进入到换热流道进行换热操作，保证了换热时换热介质的温度均匀分布。在流体出口处设置过渡流道，进一步保证从流体出口流出的换热介质的温度均匀分布，提高换热器的换热效率，进而提高换热器的承压能力。

Description

一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体涉及一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机。

背景技术

氢气作为绿色清洁能源，具有高能效、来源广、可再生、无污染的特点，在燃料电池领域具有广阔的应用前景。车辆在加氢站中通过专门的加氢机加注氢气，利用加氢机的储氢罐内的高压氢气与车辆的氢气瓶内的低压氢气的压差，将氢气加注至氢气瓶内。高压氢气在加注至氢气瓶内后体积膨胀会放热，导致氢气瓶内的温度升高，而由于氢气瓶材质等原因，氢气瓶在使用的过程中内部温度不得超过85℃，因此为保证氢气加注速率，需在氢气加注前对氢气进行预冷。常用加氢机分为70MPa和35MPa两种，因此需要研制承压70MPa和35MPa的加氢机用换热器。

为此，中国专利文献CN209623442U中公开了一种集成式双通道印刷电路板式氢气加注机预冷换热器，通过换热器芯体全部由316L不锈钢焊接而成，及两路氢气流道同时工作，能长期工作于45MPa压力下，但是流体从该换热器的进口流入到换热器后直接从出口流出，换热器的流道结构简单，换热时间短，导致换热器的换热效率较低，换热器无法满足70MPa加氢机预冷的工作要求。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的加氢机用换热器换热效率较低的缺陷，从而提供一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种换热板，包括：

板本体，板本体上设有流体进口和流体出口；

过渡流道，设于流体进口和/或流体出口处，过渡流道内设有多个第一凸起；

换热流道，换热流道的两端分别与两个过渡流道，或一个过渡流道和流体进口，或流体出口和一个过渡流道连通。

优选的是，第一凸起的横截面形状为鱼鳍形、锯齿形、圆形、多边形、水滴形、S形或椭圆形中的任一种或几种。

优选的是，换热流道与过渡流道之间还连接有辅助流道，辅助流道内设有多个第二凸起。

优选的是，第二凸起的横截面积小于第一凸起的横截面积。

优选的是，换热流道上设有至少一个弯折部。

本发明还提供一种印刷电路板式换热器，包括：

多个相互交替设置的冷侧板和热侧板，冷侧板和热侧板为换热板，冷侧板上的流体进口与热侧板上的流体进口错位设置，冷侧板上的流体出口与热侧板上的流体出口错位设置；

第一边板和第二边板，分别安装于多个相互交替设置的冷侧板和热侧板的两侧，第一边板和/或第二边板与流体进口和流体出口对应的位置上设有开口。

优选的是，冷侧板的流体进口的孔径大于热侧板的流体出口的孔径，所述冷侧板的流体出口的孔径大于所述热侧板的流体出口的孔径。

优选的是，开口处安装有接头。

优选的是，冷侧板和热侧板均由多块换热板平行堆叠形成。

本发明还提供一种加氢机，具有印刷电路板式换热器。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的换热板，包括板本体，板本体上设有流体进口和流体出口；过渡流道，设于流体进口和/或流体出口处，过渡流道内设有多个第一凸起；换热流道，换热流道的两端分别与两个过渡流道，或一个过渡流道和流体进口，或流体出口和一个过渡流道连通。

换热介质从流体进口流过时，会与换热板进行热交换，使得换热介质的温度分布不均。通过在过渡流道内设置第一凸起，换热介质进入到过渡流道，首先经过第一凸起碰撞，通过增大换热介质与换热板的碰撞面积和碰撞几率，使换热介质的温度均匀分布，继而换热介质进入到换热流道进行换热操作，保证了换热时换热介质的温度均匀分布，换热效率高。当换热介质由换热流道流入流体出口处设置的过渡流道时，也同样能够增加换热介质与第一凸起的碰撞面积和碰撞几率，保证从流体出口流出的换热介质的温度均匀分布，提高换热器的换热效率，进而提高换热器的承压能力。

2.本发明提供的换热板，换热流道与过渡流道之间还连接有辅助流道，辅助流道内设有多个第二凸起。在换热流道前后设置多个分区，并在其中设置不同的凸起，利用凸起对换热介质进行分步碰撞混合，进一步保证换热流道内的换热介质的温度分布均匀。

3.本发明提供的换热板，换热流道上设有至少一个弯折部，利用弯折部增加换热介质在换热流道内经过的路程。通过设有弯折部的换热板与未设有弯折部的换热板交替布置组成换热器，使需要热交换的换热介质经过设有弯折部的换热流道内，使用于热交换的换热介质经过未设有弯折部的换热流道，通过增长需要热交换的换热介质经过的路程，减少用于热交换的换热介质经过的路程，提高换热器的换热能力。

4.本发明提供的印刷电路板式换热器，冷侧板的流体进口的孔径大于热侧板的流体进口的孔径，冷侧板的流体出口的孔径大于热侧板的流体出口的孔径。热侧板内通入需要热交换的换热介质，冷侧板内通入用于热交换的换热介质，通过设置流体进口和流体出口的大小，使得在冷侧板的换热流道内流动的换热介质的流量大于在热侧板的换热流道内流动的换热介质的流量，冷侧板内的换热介质与热侧板内的换热介质进行热交换后能够快速流走，进一步增强了换热器的换热能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的印刷电路板式换热器的结构示意图。

图2为本发明的实施方式中提供的换热板的结构示意图。

图3为本发明的另一种实施方式中提供的换热板的结构示意图。

图4为图2提供的换热板的过渡流道的结构示意图。

图5为图2提供的换热板的辅助流道的结构示意图。

图6为图2提供的换热板的换热流道的结构示意图。

图7为本发明的实施方式中提供的鱼鳍形第一凸起的结构示意图。

图8为本发明的实施方式中提供的直线形第一凸起的结构示意图。

图9为本发明的实施方式中提供的锯齿形第一凸起的结构示意图。

图10为本发明的实施方式中提供的圆形第一凸起的结构示意图。

图11为本发明的实施方式中提供的菱形第一凸起的结构示意图。

图12为本发明的实施方式中提供的水滴形第一凸起的结构示意图。

附图标记说明：1、冷侧板；2、热侧板；3、辅助通孔；4、过渡流道；5、换热流道；6、第一凸起；7、第二凸起；8、辅助流道；9、第一边板；10、第二边板；11、冷侧出口接头；12、冷侧进口接头；13、热侧出口接头；14、热侧进口接头；15、流体进口；16、流体出口。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图2所示为本发明提供的换热板的一种具体实施方式，包括：板本体和设于板本体上的换热流道5、辅助流道8以及过渡流道4。

板本体为圆角矩形板，板本体上设有流体进口15和流体出口16，流体进口15和流体出口16在板本体上对角设置。过渡流道4设于流体进口15和流体出口16处，过渡流道4内设有多个第一凸起6。换热流道5为多个直线形流道组成，换热流道5与板本体的长边平行设置，换热流道5的两端分别与两个过渡流道4连通。为了增加换热介质与换热板的碰撞概率，在换热流道5与过渡流道4之间设置多个辅助流道8，多个辅助流道8排布为近梯形，梯形的上底与过渡流道4连通，梯形的下底分别与多个换热流道5连通，辅助流道8内设有多个第二凸起7。定义与板本体平行的一面为横截面，第一凸起6的横截面形状为六边形，第二凸起7的横截面为圆形。第二凸起7的横截面面积小于第一凸起6的横截面面积，使得换热介质从过渡流道4进入辅助流道8或从辅助流道8进入到过渡流道4时，换热介质的运动空间大小发生突变，进一步增加换热介质与换热板的碰撞概率。

如图4所示，第一凸起6的横截面为六边形，六边形的边长为0.5～5mm，六边形两条平行边的距离为0.5～2mm，六边形的内角为30°～150°，相邻的两个第一凸起6横截面的轴线之间的夹角为0°～150°。

如图5所示，第二凸起7的横截面为圆形，圆形的直径为0.5～2mm，相邻的两个圆形的水平距离为0.5～4mm，相邻的两个圆形的竖直距离为0.5～4mm。

如图6所示，换热流道5内的流道壁的横截面为长方形，流道壁的壁厚为0.5～3mm，流道壁之间的间距为0.5～2mm。

板本体的整体厚度为0.5～4mm，第一凸起、第二凸起以及流道壁的高度为0～2mm。

换热介质从流体进口15流过时，会与换热板进行热交换，使得换热介质的温度分布不均。换热介质进入到过渡流道4，与多个第一凸起6发生激烈碰撞，通过增大换热介质与换热板的碰撞面积，使换热介质的温度分布更加均匀，继而换热介质进入到换热流道5进行换热操作，保证在换热时换热介质的温度分布均匀。在流体出口16处设置过渡流道4，增加换热完成后的换热介质与换热板的碰撞面积，进一步保证从流体出口16流出的换热介质的温度均匀分布，提高换热器的换热效率，进而提高换热器的承压能力。同时通过控制板本体的壁厚以及各流道的尺寸来进一步增强换热板的承压能力。

作为可替代的实施方式，如图3所示，换热流道5上设有6个弯折部。

作为可替代的实施方式，如图7至图12所示，第一凸起6的横截面还可以为鱼鳍形、或长方形、或锯齿形、或圆形、或菱形、或水滴形。

作为可替代的实施方式，第二凸起7的横截面还可以为鱼鳍形、或长方形、或锯齿形、或菱形、或水滴形。

作为可替代的实施方式，换热流道5内设有第三凸起，第三凸起的横截面可以为鱼鳍形、或圆形、或锯齿形、或菱形、或水滴形。

如图1所示为本发明提供的印刷电路板式换热器的一种具体实施方式，包括多个相互交替设置的冷侧板1和热侧板2，以及安装在多个相互交替设置的冷侧板1和热侧板2的两侧的第一边板9和第二边板10。多个相互交替设置的冷侧板1和热侧板2、第一边板9和第二边板10之间均通过真空扩散焊接相连，各板材之间没有焊料，具有良好的耐腐蚀能力和承压能力；同时在介质换热时，没有焊料带来的热阻，增强了印刷电路板式换热器的换热能力。

冷侧板1为图2所示的换热板，热侧板2为图3所示的换热板，冷侧板1上的流体进口15与热侧板2上的流体进口15错位设置，冷侧板1上的流体出口16与热侧板2上的流体出口16错位设置。冷侧板1上与热侧板2的流体进口15和流体出口16对应的位置上以及热侧板2上与冷侧板1的流体进口15和流体出口16对应的位置上均设有辅助通孔3。

第一边板9和第二边板10分别安装于多个相互交替设置的冷侧板1和热侧板2的两侧，第二边板10与冷侧板1和热侧板2的流体进口15和流体出口16对应的位置上设有四个开口，为了方便外部容器与换热器的连接，与冷侧板1的流体出口16对应的开口处安装有冷侧出口接头11，与冷侧板1的流体进口15对应的开口处安装有冷侧进口接头12，与热侧板2的流体出口16对应的开口处安装有热侧出口接头13，与热侧板2的流体进口15对应的开口处安装有热侧进口接头14。

需要进行的换热介质从热侧进口接头14进入到印刷电路板式换热器，经过第二边板10后依次穿过多个交替设置的热侧板2的流体进口15以及冷侧板1上与热侧板2的流体进口15对应设置的辅助通孔3，换热介质经过热侧板2的流体进口15时进入到热侧板2内；同样，用于热交换的换热介质从冷侧进口接头12进入到印刷电路板式换热器，经过第二边板10后穿过多个交替设置的热侧板2上的与冷侧板1的流体进口15对应设置的辅助通孔3以及冷侧板1的流体进口15，换热介质经过冷侧板1的流体进口15时进入到冷侧板1内。需要进行热交换的换热介质在热侧板2内与相邻的冷侧板1发生热交换后从热侧板2的流体出口16流出，多个热侧板2内的换热介质在热侧出口接头13处汇集；用于热交换的换热介质在冷侧板1内与相邻的热侧板2发生热交换后从冷侧板1的流体出口16，多个冷侧板1内的换热介质在冷侧出口接头11处汇集，完成热交换过程。

冷侧板1的流体进口15的孔径大于热侧板2的流体进口15的孔径，冷侧板1的流体出口16的孔径大于热侧板2的流体出口16的孔径。热侧板2内通入需要热交换的换热介质，冷侧板1内通入用于热交换的换热介质，通过设置流体进口15和流体出口16的大小，使得冷侧板1内换热介质的流量大于热侧板2内换热介质的流量，冷侧板1内的换热介质与热侧板2内的换热介质进行热交换后能够快速流走，进一步增强换热器的换热能力，增加换热器的承压能力，本实施例中的印刷电路板式换热器的承压不小于100MPa。

作为可替代的实施方式，冷侧板1和热侧板2可以由多块换热板平行堆叠形成。

作为可替代的实施方式，冷侧板1和热侧板2可以由两块换热板设有换热流道5的一面相对扣合形成。

作为可替代的实施方式，四个开口可以设置在第一边板或第二边板上与流体进口和流体出口对应的任意位置。

本发明还提供一种加氢机的具体实施方式，加氢机上安装有本发明提供的印刷电路板式换热器。

高压氢气从热侧进口接头14进入到热侧板2的流道内，冷却介质从冷侧进口接头12进入到冷侧板1的流道内。由于冷侧板1的流体进口15的孔径大于热侧板2的流体进口15的孔径，冷侧板1的流体出口16的孔径大于热侧板2的流体出口16的孔径，冷却介质在冷侧板1的换热流道5内的流量大于高压氢气在热侧板2的换热流道5内的流量，且热侧板2的换热流道5内设有6个弯折部，增加了高压氢气在热侧板2的换热流道5内的运动路程，使得高压氢气能够被充分降温，冷却介质能够较快地将热量带出换热器。增强了换热器的对高压氢气的换热能力，进而增加了换热器承压能力。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种换热板，其特征在于，包括：

板本体，所述板本体上设有流体进口(15)和流体出口(16)；

过渡流道(4)，设于所述流体进口(15)和/或所述流体出口(16)处，所述过渡流道(4)内设有多个第一凸起(6)；

换热流道(5)，所述换热流道(5)的两端分别与两个所述过渡流道(4)，或一个所述过渡流道(4)和所述流体进口(15)，或所述流体出口(16)和一个所述过渡流道(4)连通。

2.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述第一凸起(6)的横截面形状为鱼鳍形、锯齿形、圆形、多边形、水滴形、S形或椭圆形中的任一种或几种。

3.根据权利要求1或2所述的换热板，其特征在于，所述换热流道(5)与所述过渡流道(4)之间还连接有辅助流道(8)，所述辅助流道(8)内设有多个第二凸起(7)。

4.根据权利要求3所述的换热板，其特征在于，所述第二凸起(7)的横截面积小于所述第一凸起(6)的横截面积。

5.根据权利要求1－4任一项所述的换热板，其特征在于，所述换热流道(5)上设有至少一个弯折部。

6.一种印刷电路板式换热器，其特征在于，包括：

多个相互交替设置的冷侧板(1)和热侧板(2)，所述冷侧板(1)和所述热侧板(2)为权利要求1－5中任一项所述的换热板，所述冷侧板(1)上的流体进口(15)与所述热侧板(2)上的流体进口(15)错位设置，所述冷侧板(1)上的流体出口(16)与所述热侧板(2)上的流体出口(16)错位设置；

第一边板(9)和第二边板(10)，分别安装于多个相互交替设置的所述冷侧板(1)和所述热侧板(2)的两侧，所述第一边板(9)和/或所述第二边板(10)与所述流体进口(15)和所述流体出口(16)对应的位置上设有开口。

7.根据权利要求6所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述冷侧板(1)的流体进口(15)的孔径大于所述热侧板(2)的流体进口(15)的孔径，所述冷侧板(1)的流体出口(16)的孔径大于所述热侧板(2)的流体出口(16)的孔径。

8.根据权利要求6所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述开口处安装有接头。

9.根据权利要求6－8任一项所述的印刷电路板式换热器，其特征在于，所述冷侧板(1)和所述热侧板(2)均由多块所述换热板平行堆叠形成。

10.一种加氢机，其特征在于，具有权利要求6－9中任一项所述的印刷电路板式换热器。

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