CN111486719A - 一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体 - Google Patents
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Abstract
一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，包括若干A型板片及若干B型板片，各A型板片上设置有A型波纹流道，各B型板片上设置有B型波纹流道。A型、B型波纹流道均由若干条波纹微通道并列组成。这些微通道左右两侧壁面形线为相互对称的周期性波纹结构。微通道左右两侧壁面的对称波纹结构强化了流体扰动和对壁面的冲刷并诱发了二次流，使得该种结构的印刷电路板式换热器芯体具有防堵能力强、传热性能优、传热面积密度大、维修工作量小的特点。
Description
技术领域
本发明涉及换热装置技术领域，特别涉及一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体。
背景技术
印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是一种微通道板式换热器，PCHE具有结构紧凑、耐高温、耐高压、安全可靠等优点，在制冷空调、石油天然气、核工业、化工工业、电力工业等领域应用广泛。换热芯体是PCHE的核心部件，既提供了高、低温工质的流动通道，又提供了高、低温工质间的传热面积。PCHE芯体由蚀刻有大量细微流道的金属板片层叠组合装配后经扩散焊接而成。
目前技术成熟、应用广泛的PCHE芯体微通道结构有一字形(直通道)和Z字形(折线形通道)两种，其通道侧壁均为平直表面结构。其中一字形通道的优点是结构简单、压损较小，而Z字形通道的优点是传热能力强。理论研究和实践经验表明2mm左右微通道直径的PCHE设备综合性能较优，因此目前绝大多数PCHE产品均采用当量直径为1～2mm左右的一字形或Z字形微通道结构。
兆瓦级PCHE设备中的微通道数量多达近十万条，对于如此庞大数量的细微通道，无论采用一字型或Z字形微通道结构，微通道堵塞问题都是无法避免又难以克服的一个技术难题。已投运的PCHE设备经常出现微通道局部堵塞的情况，如果不及时处理，堵塞问题会迅速恶化，最终导致设备无法正常运行。目前国内外处理PCHE芯体微通道内堵塞最常采用且最为有效的技术是超高压(～100MPa)水力喷射法。但该技术的设备、人力成本较高，会显著提高PCHE设备的维护费用，经济性较差。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，该换热器芯体具有防堵能力强、传热性能优、传热面积密度大、维修工作量小的特点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，包括从上至下依次交替叠加布置的若干A型板片1及若干B型板片2，所述的A型板片1上表面蚀刻有A型波纹流道3，所述B型板片2上表面蚀刻有B型波纹流道4；所述A型波纹流道3中引入需要进行热交换的高温工质或低温工质，所述B型波纹流道4中引入需要进行热交换的低温工质或高温工质。所述A型波纹流道3由若干条对称波纹微通道并列组成，所述B型波纹流道4由若干条对称波纹微通道并列组成。
所述A型波纹流道3的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。
所述B型波纹流道4的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。
所述A型波纹流道3的微通道横截面形状为矩形；所述B型波纹流道4的微通道横截面形状为矩形。
所述A型波纹流道3和B型波纹流道4的流道方向可平行、垂直、或倾斜交错布置。
所述A型板片1之间可设置一块或者多块B型板片2。
所述B形板片2之间可设置一块或者多块A型板片1。
所述A型波纹流道3和B型波纹流道4均由5条对称波纹侧壁结构微通道等间距并列组成，微通道长度为100mm，微通道矩形横截面宽度为2～4mm，微通道深度为1mm，微通道间距为16mm，微通道左右两侧壁面波纹形线为2mm振幅的半圆弧波，半圆弧波节距为4mm，左、右两侧壁面的波纹形线关于微通道中心纵剖面对称。
本发明的有益效果：
(1)防污、防垢、防堵能力强。微通道的对称波纹侧壁形状能够诱发二次流、提高流体湍动度，这使得流体中的杂质微粒难以在微通道中沉积结垢，能够有效预防通道堵塞。即使发生了少量积垢堵塞，二次流对通道壁面的良好冲刷也具备较强的除垢、疏堵效果。
(2)传热性能优。流体沿对称波纹壁面流动时形成强烈扰动、诱发二次流，有效削减了热边界层厚度，降低了对流传热热阻，提高了流体与微通道壁面之间的对流传热系数。与平直侧壁微通道结构相比，本发明提供的对称波纹侧壁结构微通道的传热系数能够提升2倍以上。
(3)传热面积密度大。与平直侧壁结构相比，本发明提供的对称波纹侧壁结构传热面积密度能够增加30％～300％。
(4)维修工作量小。由于对称波纹侧壁结构微通道防垢、防堵、除垢、疏堵能力强，能够显著降低微通道堵塞风险，因此本发明提供的对称波纹侧壁结构PCHE设备发生堵塞失效的概率大大降低，设备疏通维修工作量以及维护费用都得到大幅缩减。
附图说明
图1为本发明的装配示意图。
图2为本发明的对称波纹壁面对称弧形波结构示意图。
图3为本发明的对称波纹壁面对称正弦波结构示意图。
图4为本发明的对称波纹壁面对称三角波结构示意图。
图5为本发明的对称波纹壁面对称梯形波结构示意图。
其中，1为A型板片、2为B型板片、3为A型波纹流道、4为B型波纹流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，由3块A型板片1及2块B型板片2自上到下相互间隔、叠加装配后经扩散焊接而成。所述A型板片1上设置有A型波纹流道3，作为高温工质的流动通道；所述B型板片2上设置有B型波纹流道4，作为低温工质的流动通道。
如图2至图5所示：所述A型波纹流道3的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。
所述B型波纹流道4的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。波纹形线的振幅越大、节距越小，波纹流道的防堵能力更强、传热性能更优、传热面积密度更大，但其阻力损失也会显著增加。
所述A型波纹流道3的微通道横截面形状为矩形；所述B型波纹流道4的微通道横截面形状为矩形。
所述A型板片1和B型板片2均为100×80×2mm3的316不锈钢镜面板。所述A型板片1的上表面蚀刻有A型波纹流道3，所述B型板片2的上表面蚀刻有B型波纹流道4。所述波纹流道3和4均由5条对称波纹侧壁结构微通道等间距并列组成，微通道长度为100mm，微通道矩形横截面宽度为2～4mm，微通道深度为1mm，微通道间距为16mm。微通道左右两侧壁面波纹形线为2mm振幅的半圆弧波，半圆弧波节距为4mm，左、右两侧壁面的波纹形线关于微通道中心纵剖面对称。增大波纹振幅或减小波纹节距有助于强化流体扰动、增加二次流强度，能够提升防堵能力和传热性能、增加传热面积、缩减设备维修工作量，但由于蚀刻长度、流动阻力的增加会提升设备制造成本和运行费用。
高温工质在A型波纹流道3中的主流方向为从右上至左下，低温工质在B型波纹流道4中的主流方向为从左下至右上，高、低温工质为逆流布置。
Claims (8)
1.一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，包括从上至下依次交替叠加布置的若干A型板片(1)及若干B型板片(2)，所述的A型板片(1)上表面蚀刻有A型波纹流道(3)，所述B型板片(2)上表面蚀刻有B型波纹流道(4)；所述A型波纹流道(3)中引入需要进行热交换的高温工质或低温工质，所述B型波纹流道(4)中引入需要进行热交换的低温工质或高温工质。
2.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述A型波纹流道(3)由若干条对称波纹微通道并列组成，所述B型波纹流道(4)由若干条对称波纹微通道并列组成。
3.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述A型波纹流道(3)的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述B型波纹流道(4)的微通道两侧壁面形线为相互对称的弧形波、正弦波、三角波、梯形波中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述A型波纹流道(3)的微通道横截面形状为矩形；所述B型波纹流道(4)的微通道横截面形状为矩形。
6.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述A型波纹流道(3)和B型波纹流道(4)的流道方向可平行、垂直、或倾斜交错布置。
7.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述A型板片(1)之间可设置一块或者多块B型板片(2)。
8.根据权利要求1所述的一种对称波纹结构印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述B形板片(2)之间可设置一块或者多块A型板片(1)。
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