CN111854486A - 一种微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微通道换热器，属于换热技术领域。微通道换热器包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个隔板之间设置有一组换热通道，一组换热通道包括在相邻两个隔板之间沿第一方向延伸间隔设置的多个第一扰流板，一组换热通道中的相邻两个第一扰流板分别与隔板围合形成一个流道，相邻两组换热通道分别用于流通冷源和热源。本申请能够有效提高换热器的换热效率。

Description

一种微通道换热器

技术领域

本发明涉及换热技术领域，具体而言，涉及一种微通道换热器。

背景技术

微通道换热器是一种区别于传统管壳式换热器的全新换热结构，不仅具有单位体积换热面积大、换热效率高(高达98％)、压降低等特点，同时在承压和耐温等能力(耐高温700℃、耐高100MPa)上也有明显优势，在核电、火电、海上油气开采、化工反应和工业气体处理等领域中具有广泛的应用前景。

目前现有的微通道换热器结构形式有翅片式微通道换热器、蚀刻式微通道换热器和翅片/蚀刻复合式微通道换热器，这些换热器往往仅在平行于流体流动方向上布置扰流结构，所能引起的湍流程度有限，因此换热效率受限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道换热器，能够有效提高换热器的换热效率。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供一种微通道换热器，包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个隔板之间设置有一组换热通道，一组换热通道包括在相邻两个隔板之间沿第一方向延伸间隔设置的多个第一扰流板，一组换热通道中的相邻两个第一扰流板分别与隔板围合形成一个流道，相邻两层换热通道的延伸方向相互垂直，相邻两层换热通道分别用于流通冷源和热源。

可选地，一组换热通道还包括在相邻两个隔板之间沿第一方向延伸设置的多个第二扰流板，第一扰流板和第二扰流板依次且交替连接。

可选地，隔板、第一扰流板和第二扰流板材质均为碳纤维增强金属基复合材料。

可选地，金属基复合材料的基体为铝合金、铝镁合金、钛合金和高温合金中的任一种。

可选地，相互连接的第一扰流板和第二扰流板呈预设夹角设置。

可选地，相互连接的第一扰流板和第二扰流板之间的预设夹角范围在10°-170°之间。

可选地，第一扰流板、第二扰流板以及隔板围合形成具有一个流道的扰流件，流道的截面呈矩形、三角形或梯形。

可选地，每一组换热通道分布设置在相邻的两个隔板之间，形成一组换热通道的第一扰流板和第二扰流板与隔板之间焊接固定。

可选地，第一扰流板和/或第二扰流板为平板。

可选地，第一扰流板和/或第二扰流板的板面呈波浪形。

可选地，波浪形的波峰和波谷之间的距离为0.02-2mm。

可选地，相邻波峰之间的间距在0.1-10mm之间。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种微通道换热器，通过平行间隔设置的多个隔板，相邻两个隔板之间设置有一组换热通道，一组换热通道包括在相邻两个隔板之间沿第一方向延伸间隔设置的多个第一扰流板，一组换热通道中的相邻两个第一扰流板分别与隔板围合形成一个流道。相邻两组换热通道的延伸方向相互垂直，相邻两组换热通道分别用于流通冷源和热源，从而有效提高了微通道换热器的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的微通道换热器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的流道的横截面示意图之一；

图3为本发明实施例提供的流道的横截面示意图之二；

图4为本发明实施例提供的流道的横截面示意图之三；

图5为本发明实施例提供的第一扰流板为平板的示意图；

图6为本发明实施例提供的第一扰流板呈波浪形的示意图；

图7为本发明实施例提供的第一扰流板呈锯齿状的示意图。

图标：100-微通道换热器；110-隔板；120-换热通道；121-第一扰流板；122-第二扰流板；123-流道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接或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。

目前现有的微通道换热器结构形式有翅片式微通道换热器、蚀刻式微通道换热器和翅片/蚀刻复合式微通道换热器，这些换热器往往仅在平行于流体流动方向上布置扰流结构，所能引起的湍流程度有限，因此换热效率受限。针对上述现有技术中的不足，提出了本申请，以下是本申请的实施例说明。

图1为本发明提供的微通道换热器100的结构示意图，请参照图1，本发明实施例提供一种微通道换热器100，包括：平行间隔设置的多个隔板110，相邻两个隔板110之间设置有一组换热通道120，一组换热通道120包括在相邻两个隔板110之间沿第一方向延伸间隔设置的多个第一扰流板121，一组换热通道120中的相邻两个第一扰流板121分别与隔板110围合形成一个流道123，相邻两组换热通道120的延伸方向相互垂直，相邻两组换热通道120分别用于流通冷源和热源。

其中，上述提到的第一方向是指与热源或者冷源流通方向垂直的方向，即就是与换热通道120的延伸方向垂直的方向。

隔板110的高度范围在在1-10mm之间，隔板110的长度和宽度范围在10-1000mm之间，由此可知，由多个隔板110形成的微通道换热器100的型号规格较多，实用性较强。

隔板110、第一扰流板121、第二扰流板122均为碳纤维增强金属基复合材料，其采用真空热压将金属粉末与碳纤维烧结成型为金属层板，其中，金属基体可以为铝合金、铝镁合金、钛合金及高温合金等，可以有效地提高金属层板的强度和热传导性能，进而使得微通道换热器获得更高的换热性能和耐压性能。

相邻两个隔板110之间设置有一组换热通道120，相邻组的换热通道120分别通入热源和冷源，隔板110设置越多，换热通道120的组数越多，微通道换热器100的换热效率越高。

示例地，隔板110为四个，第一个隔板110和第二个隔板110之间形成的一组换热通道120内通入冷源，第二个隔板110与第三个隔板110之间形成的一组换热通道120内通入热源，第三个隔板110和第四个隔板110之间形成的一组换热通道120内通入冷源，并且，相邻两组换热通道120中的热源或者冷源的流动方向相互垂直，有效提高了微通道换热器100的换热效果。

在此对隔板110的数量不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行对应设计一定数量的隔板110，以实现微通道换热器100所要达到的换热效果。

一组换热通道120内包括间隔设置的多个第一扰流板121，第一扰流板121设置的数量越多，通过每相邻两个第一扰流板121和两个隔板110围合形成的流道123越多，换热效果越好。

一组换热通道120内的相邻两个第一扰流板121和隔板110围合形成的一个流道123的截面可以有多种，例如，正方形、矩形、平行四边形、梯形等，上述仅为举例，并不是对流道123的截面进行限定。

请结合参照图1和图2，一组换热通道120内的相邻两个第一扰流板121和隔板110围合形成的一个流道123的截面为矩形。

请结合参照图1和图3，一组换热通道120内的相邻两个第一扰流板121和隔板110围合形成的一个流道123的截面为平行四边形。

为了方便冷热流体的进出口布置，本实施例中设定相邻两组换热通道120的延伸方向相互垂直，即就是说，相邻两组换热通道120的延伸方向之间的夹角为90°。当热源和冷源分别经过相邻换热通道120时，热源和冷源的流动方向相互垂直，能够有效提高微通道换热器100的换热效果。

本发明实施例提供的一种微通道换热器100，通过平行间隔设置的多个隔板110，相邻两个隔板110之间设置有一组换热通道120，一组换热通道120包括在相邻两个隔板110之间沿第一方向延伸设置的多个第一扰流板121，一组换热通道120中的相邻两个第一扰流板121分别与隔板110围合形成一个流道123。相邻两组换热通道120的延伸方向相互垂直，相邻两组换热通道120分别用于流通冷源和热源，从而有效提高了微通道换热器100的换热效率。

可选地，本实施例中，一组换热通道120还包括在相邻两个隔板110之间沿第一方向延伸设置的多个第二扰流板122，第一扰流板121和第二扰流板122依次且交替连接。

一组换热通道120中第一扰流板121和第二扰流板122依次且交替连接，并与隔板围合形成的流道123的截面有多种，例如，矩形、正方形、梯形、三角形等。具体地，第一扰流板121与第二扰流板122垂直，并且，第一扰流板121与第二扰流板122首尾相连，形成如图4所示的一组换热通道120。或者，第一扰流板121的一侧分别连接在第二扰流板122的两侧，第一扰流板121的另一侧与隔板固定连接，以形成流道123。

一组换热通道120内设置的第一扰流板121和第二扰流板122数量越多，一组换热通道120内形成的流道123数量越多，有效提高了微通道换热器100的换热效果。

可选地，本实施例中，相互连接的第一扰流板121和第二扰流板122呈预设夹角设置。

需要说明的是，此处对相互连接的第一扰流板121和第二扰流板122之间的夹角范围不作限定，只要一组换热通道120内相互连接的第一扰流板121和第二扰流板122分别与隔板110围合形成流道123，以使热源或者冷源在流道123内流通即可。

示例地，第一扰流板121和第二扰流板122之间的夹角为90°，请参照图4，第二扰流板122和一个第一扰流板121依次垂直连接。

上述仅为举例说明，并不能理解为对第一扰流板121和第二扰流板122之间夹角的限定。

可选地，本实施例中，相互连接的第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角范围在10°-170°之间。

本实施例中给出了第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角范围是10°-170°，只要第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角在10°-170°之内，由依次且交替连接的第一扰流板121和第二扰流板122就能够对换热管道中的流体进行扰流，从而有效提高换热效果。至于具体第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角为多少，微通道换热器100的换热效果最好，本领域技术人员应当根据实际换热工况选择合适的数值，因为第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角数值不同，能够适用的湍流程度不同。

可选地，第一扰流板121和第二扰流板122以及隔板110围合形成具有一个流道123的扰流件，流道123的截面呈矩形、三角形或梯形。

由上述可知，第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角范围是10°到170°之间，因此，一组换热通道120中依次且交替连接的第一扰流板121和第二扰流板122以及隔板110围合形成扰流件的截面不同，即就是，一个流道123的截面不同。

请参照图4，当一个流道123的截面呈矩形，扰流件包括一组换热通道120中依次且交替连接的两个第一扰流板121和一个第二扰流板122以及隔板110围合形成，或者扰流件包括一组换热通道120中依次且交替连接的两个第二扰流板122和一个第一扰流板121以及隔板110围合形成，扰流件的截面也为矩形，此时，依次且交替连接的第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角为90°。

当一个流道123的截面三角形时，围合形成一个流道123包括相互连接的一个第一扰流板121和一个第二扰流板122以及隔板110，并且，相互连接的第一扰流板121和第二扰流板122之间的预设夹角范围在10°-170°之间，预设夹角数值不同，三角形的类型不同，例如，当预设夹角大于90°时，形成的三角形为钝角三角形，当预设夹角等于90°时，形成的三角形为直角三角形，当预设夹角等于60°时，形成的三角形为可能为等边三角形，上述根据预设夹角数值不同，举例说明了形成的三角形截面的类型不同，并不能理解是对三角形类型的限定。

当一个流道123的截面梯形时，围合形成一个流道123包括依次且交替连接的两个第一扰流板121和一个第二扰流板122以及隔板110围合形成，其中，梯形包括多种，例如，直角梯形、等腰梯形、不规则梯形等，在此不作限定。

可选地，本实施例中，每一组换热通道120分布设置在相邻的两个隔板110之间，形成一组换热通道120的第一扰流板121和第二扰流板122与隔板110之间焊接固定。

其中，依次且交替连接的第一扰流板121和第二扰流板122分别与隔板110之间固定连接，本实施例给出了依次且交替连接的第一扰流板121和第二扰流板122分别与隔板110之间为焊接固定，在此对焊接的形式不作限定，例如，可以是钎焊，也可以是扩散焊，本领域技术人员应当知晓。

图5为本发明实施例提供的第一扰流板121为平板的示意图，请参照图5，可选地，第一扰流板121和/或第二扰流板122为平板。

此处对第一扰流板121和/或第二扰流板122的形状以及大小不作具体限定，只要能够使得一组换热通道120适用于不同程度的换热工况即可。

当第一扰流板121和/或第二扰流板122为平板时，能够有效减少对微通道换热器100的加工成本。

图6为本发明实施例提供的第一扰流板121呈波浪形的示意图，请参照图6，可选地，第一扰流板121和/或第二扰流板122的板面呈波浪形。

当第一扰流板121和/或第二扰流板122的波浪形板面呈波浪形时，波浪形的波峰和波谷能够改变流体的边界，增大流体的湍流程度，从而有效提高换热效果。

图7为本发明实施例提供的第一扰流板121呈锯齿状的示意图，请参照图7，可选地，第一扰流板121和/或第二扰流板122的板面分别呈锯齿状。

当第一扰流板121和/或第二扰流板122的波浪形板面具有呈锯齿状时，锯齿状齿顶和齿根能够改变流体的边界，因为锯齿状的齿顶和齿根处拐角比较急促，因此，当第一扰流板121和/或第二扰流板122的波浪形板面呈锯齿状时，能够适用于湍流程度较高的换热。

可选地，本实施例中，波浪形的波峰和波谷之间的距离为0.02-2mm。

因为换热器是微通道换热器100，因此，波浪形中的波峰和波谷之间的距离不能太大，否则会显著增大微通道换热器100的压降，反之，波浪形中的波峰和波谷之间的距离不能太小，否侧微通道换热器100的换热效率增加的效果不明显，因此，考虑到上述情形，本实施例中的波浪形中的波峰和波谷之间的距离范围在0.01-1mm之间。

可选地，本实施例中相邻波峰之间的间距在0.1-10mm之间。

由上述可知，当第一扰流板121和/或第二扰流板122的板面分别呈波浪形，波浪形的波峰和波谷之间的距离范围在0.02-2mm之间、相邻波峰之间的间距在0.1-10mm之间时，微通道换热器100压降的增大的可接受范围内，换热效果也较好。

一般来说，微通道换热器100的长度和宽度的范围为10-1000mm，隔板110的数量为1-100个，综上考虑，本实施例中的第一扰流板121和第二扰流板122的宽度范围为1-10mm。

由上述可知，第一扰流板121和第二扰流板122的宽度范围为1-10mm时，既不影响热源和冷源在换热通道120内的扰流效果，又能保证微通道换热器100的换热效果，故为了进一步确保换热效果，设置两个第一扰流板121之间的间距在10-500mm之间。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微通道换热器，其特征在于，包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个所述隔板之间设置有一组换热通道，一组所述换热通道包括在相邻两个所述隔板之间沿第一方向延伸间隔设置的多个第一扰流板，一组所述换热通道中的相邻两个所述第一扰流板分别与所述隔板围合形成一个流道，相邻两层所述换热通道的延伸方向相互垂直，相邻两层所述换热通道分别用于流通冷源和热源。

2.如权利要求1所述的微通道换热器，其特征在于，一组所述换热通道还包括在相邻两个所述隔板之间沿第一方向延伸设置的多个第二扰流板，所述第一扰流板和所述第二扰流板依次且交替连接。

3.如权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，相互连接的所述第一扰流板和所述第二扰流板呈预设夹角设置。

4.如权利要求3所述的微通道换热器，其特征在于，相互连接的所述第一扰流板和所述第二扰流板之间的预设夹角范围在10°-170°之间。

5.如权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，所述第一扰流板、所述第二扰流板以及所述隔板围合形成具有一个所述流道的扰流件，所述流道的截面呈矩形、三角形或梯形。

6.如权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，每一组所述换热通道分布设置在相邻的两个所述隔板之间，形成一组所述换热通道的所述第一扰流板和所述第二扰流板分别与所述隔板之间焊接固定。

7.如权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，所述第一扰流板和/或所述第二扰流板为平板。

8.如权利要求2所述的微通道换热器，其特征在于，所述第一扰流板和/或所述第二扰流板的板面呈波浪形。

9.如权利要求8所述的微通道换热器，其特征在于，所述波浪形的波峰和波谷之间的距离为0.02-2mm。

10.如权利要求9所述的微通道换热器，其特征在于，相邻所述波峰之间的间距在0.1-10mm之间。

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