CN112629294A - 一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，包括从上到下多层交替叠加并通过真空扩散焊技术焊接成一体的若干换热器芯体单元；换热器芯体单元由双面蚀刻流道板、穿孔单面蚀刻板和倒扣的穿孔单面蚀刻板依次叠加焊接构成，实现两种或三种流体同时进行热交换；穿孔单面蚀刻板上开有若干穿孔，在其单面长度方向上开有若干具有连续性的直流道；穿孔单面蚀刻板和倒扣的穿孔单面蚀刻板上的直流道相对，且在叠加后构成柱体流道；双面蚀刻流道板的正反面的中部均开设有若干不连续流道，正反面的左右两侧均设置有多个导流流道。本发明增大了换热面积，强化了流体的扰动，提高了换热量，同时扰动的增强具有自清洁的好处。

Description

一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体

技术领域

本发明涉及换热装置技术领域，具体而言，尤其涉及一种三股流螺旋缠绕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)是一种紧凑式微通道换热器，相较于传统的板式、板翅式、管壳式换热器，由于其采用光化学刻蚀和真空扩散焊技术，具有紧凑性高，耐高压，耐低温和高温，换热效率高，可靠性高等优点。近些年来，在核能、太阳能、天然气、氢能等领域被应用广泛。

三股流换热器是指能同时在单体换热器中进行三种流体的热量传递，能够满足两股以上的流体换热场合需求，具有结构紧凑、换热效率高等优点。在化工、天然气和航空等需要多级或多工质换热领域得到应用。

传统三股流换热器虽然能够满足多级或多股流体换热，但在需要高温或低温、高压等领域面临着换热器芯体强度不足，结构不够紧凑，换热效率降低等问题。

发明内容

根据上述提出的传统三股流换热器虽然能够满足多级或多股流体换热，但在需要高温或低温、高压等领域面临着换热器芯体强度不足，结构不够紧凑，换热效率降低等技术问题，而提供一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体。本发明主要利用若干由双面蚀刻流道板、穿孔单面蚀刻板和倒扣的穿孔单面蚀刻板依次叠加焊接构成换热器芯体单元，形成三股流螺旋缠绕流道，从而满足两种或三种工质在高压工况下同时进行换热。

本发明采用的技术手段如下：

一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，包括：从上到下多层交替叠加并通过真空扩散焊技术焊接成一体的若干所述换热器芯体单元；

所述换热器芯体单元由双面蚀刻流道板、穿孔单面蚀刻板和倒扣的穿孔单面蚀刻板依次叠加焊接构成，实现两种或三种流体同时进行热交换；

所述穿孔单面蚀刻板上开设有呈阵列分布的若干穿孔，且在其单面长度方向上开设有贯穿两端若干具有连续性的直流道，所述直流道穿插设置在所述穿孔之间；

所述穿孔单面蚀刻板和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板上的所述直流道相对，且在叠加后构成内部具有封闭空腔且两端设有开口的柱体流道；

所述双面蚀刻流道板的正反面的中部均开设有与所述穿孔相连通的若干不连续流道，正反面的左右两侧均设置有与边缘侧多个所述不连续流道相连通的多个导流流道。

进一步地，所述双面蚀刻流道板的正面与反面上开设有方向相反的不连续流道和导流流道；

所述不连续流道的流道中心线具有一定倾斜角度或弧度，所述双面蚀刻流道板的正反面上的所述不连续流道在空间上呈交叉状态；

取第一组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板的反面为板面Ⅰ，取与其相邻的第二组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板的正面为板面Ⅱ；

依次设置的板面Ⅰ、穿孔单面蚀刻板、倒扣的穿孔单面蚀刻板和板面Ⅱ间构成三股流螺旋缠绕流道；

其中，所述板面Ⅰ上的不连续流道导流流道与所述穿孔单面蚀刻板上的穿孔相连通，所述穿孔单面蚀刻板和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板上的穿孔相连通，所述倒扣的穿孔单面蚀刻板上的穿孔与所述板面Ⅱ上的不连续流道导流流道相连通，同时，由所述穿孔单面蚀刻板和倒扣的穿孔单面蚀刻板上相对的两个直流道构成的柱体流道被两条交叉流道螺旋缠绕。

进一步地，具有连续性的所述直流道是指所述直流道在其长度方向上为直线式且无中断的连续性流道，呈凹槽式结构；

若干所述穿孔呈阵列分布是指设置有多排多列若干所述穿孔，每一排上多个所述穿孔等间隔设置，每一列上多个所述穿孔等间隔设置；

每单个所述直流道的两侧沿流动方向各设置一排所述穿孔。

进一步地，所述直流道的截面形状为半圆形、矩形或半椭圆弧形，所述穿孔单面蚀刻板和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板上的相对的两个所述直流道间在叠加后构成圆柱体流道、四方柱体流道或椭圆柱体流道等柱体流道。

进一步地，所述不连续流道通过光化学蚀刻或者机械加工获得。

进一步地，所述不连续流道的蚀刻截面形状为半圆形、矩形、椭圆形或梯形中的一种或一种以上的组合形式。

进一步地，所述不连续流道具有上下平行的周期性排列的特征。

进一步地，所述导流流道为L型折弯形状，其一边折弯部Ⅰ的开口开设在所述双面蚀刻流道板的侧壁面上，另一边折弯部Ⅱ的端部与所述不连续流道相连通；

所述双面蚀刻流道板上两侧所述导流流道的折弯部Ⅰ开口开设在对称的侧壁面上。

进一步地，所述双面蚀刻流道板和所述穿孔单面蚀刻板的材质为不锈钢、铜合金、铝合金、钛合金或镍基合金。

进一步地，所述双面蚀刻流道板和所述穿孔单面蚀刻板上开设有若干同轴对称定位孔。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，增大了换热面积，传统的印刷电路板式换热器，无论是流道式的或者翅片式的都可以看成是两股流体在单层板片的平行换热。而三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器，则可以看成两股或三股流体的三维空间的螺旋缠绕。其中两股流体可以通过穿孔单面蚀刻板上的穿孔在上下两层的双面蚀刻流道板流动，增大了换热面积的同时强化了流体的扰动，提高了换热量，同时扰动的增强具有自清洁的好处。

2、本发明提供的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，降低了直流道流动阻力，直流道被两条流道螺旋缠绕，其流道不仅可以获得更大的换热量，同时直流道是由两张相同穿孔单面蚀刻流道板拼合形成，具有最大的水力直径，可以降低流动阻力，减小压力损失。

3、本发明提供的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，满足两种或三种工质在高压工况下同时进行换热。可以针对不同种工质的物性选择换热器进口，粘度较高的流体可以选择换热器的直流道入口，降低泵送成本。

4、本发明提供的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，在应用方面，多流体换热器可以更加灵活。

综上，应用本发明的技术方案能够解决传统三股流换热器虽然能够满足多级或多股流体换热，但在需要高温或低温、高压等领域面临着换热器芯体强度不足，结构不够紧凑，换热效率降低等问题。

基于上述理由本发明可在化工、天然气和航空等需要多级或多工质换热领域广泛推广。

附图说明

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

图1为本发明换热器芯体立体图。

图2为本发明三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体结构示意图。

图3为本发明双面蚀刻流道板的俯视图。

图4为本发明双面蚀刻流道板的前视图。

图5为本发明穿孔单面蚀刻流道板的俯视图。

图6为本发明穿孔单面蚀刻流道板的侧视图。

图7为本发明中一组三股流螺旋缠绕流道单元示意图。

图中：1、双面蚀刻流道板；2、穿孔单面蚀刻板；3、不连续流道；4、导流流道；5、定位孔；6、直流道；7、穿孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图所示，本发明提供了一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，包括：从上到下多层交替叠加并通过真空扩散焊技术焊接成一体的若干所述换热器芯体单元。

所述换热器芯体单元由双面蚀刻流道板1、穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2依次叠加焊接构成，实现两种或三种流体同时进行热交换。

所述穿孔单面蚀刻板2上开设有呈阵列分布的若干穿孔7，且在其单面长度方向上开设有贯穿两端若干具有连续性的直流道6，所述直流道6穿插设置在所述穿孔7之间。

所述穿孔单面蚀刻板2和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的所述直流道6相对，且在叠加后构成内部具有封闭空腔且两端设有开口的柱体流道。

所述双面蚀刻流道板1的正反面的中部均开设有与所述穿孔7相连通的若干不连续流道3，正反面的左右两侧均设置有与边缘侧多个所述不连续流道3相连通的多个导流流道4。

实施例1

如图1-7所示，一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，包括：从上到下多层交替叠加并通过真空扩散焊技术焊接成一体的若干换热器芯体单元。换热器芯体单元由双面蚀刻流道板1、穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2依次叠加焊接构成，实现两种或三种流体同时进行热交换。其中，双面蚀刻流道板1和穿孔单面蚀刻板2的材质为不锈钢、铜合金、铝合金、钛合金或镍基合金。且双面蚀刻流道板1和穿孔单面蚀刻板2上开设有若干同轴对称定位孔5，其中双面蚀刻流道板1的两侧边缘各设置至少两个对称定位孔5，穿孔单面蚀刻板2上设置的定位孔5的数量和位置与双面蚀刻流道板1的相同，在上下方向上两个板片上的各定位孔5同轴。多层板片上的同轴定位孔5内可以插入定位销或者金属棒，主要起到将多层板片的流道与穿孔进行一一对应和定位，防止焊接后流道和穿孔产生偏移，形成阻塞。

穿孔单面蚀刻板2上开设有呈阵列分布的若干穿孔7，且在其单面长度方向上开设有贯穿两端若干具有连续性的直流道6(贯穿是指从穿孔单面蚀刻板2长度方向的左端壁面开设至右端壁面)，直流道6穿插设置在穿孔7之间。其中，具有连续性的直流道6是指直流道6在其长度方向上为直线式且无中断的连续性流道，呈凹槽式结构。若干穿孔7呈N排×M列分布，N≧2，M≧1，N和M为整数。每一排上多个穿孔7等间隔设置，每一列上多个穿孔7等间隔设置；每单个直流道6的两侧沿流动方向各设置一排穿孔7。具体是指，当直流道6的数量为1时，该直流道6的两侧分别设有一排穿孔7，每一排穿孔7的数量至少设有一个；当直流道6的数量大于等于2时，任意相邻两个直流道6之间设有两排穿孔7。直流道6设有多个时，等间隔平行设置。

穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的直流道6相对，且在叠加后构成内部具有封闭空腔且两端设有开口的柱体流道。

双面蚀刻流道板1的正反面的中部均开设有与穿孔7相连通的若干不连续流道3，正反面的左右两侧均设置有与边缘侧多个不连续流道3相连通的多个导流流道4。不连续流道3和导流流道4的数量按照实际工程需要进行设计，工作需要大流量的话，流道布置肯定要多一些，但是同时，这里并不是布置的流道越多则越好，流道数量的增加会增加加工的难度。因此流道的数量的具体选择可以根据实际生产需求进行选定。

双面蚀刻流道板1的正面与反面上开设有方向相反的不连续流道3和导流流道4；不连续流道3具有上下平行的周期性排列的特征。

不连续流道3的流道中心线具有一定倾斜角度或弧度，双面蚀刻流道板1的正反面上的不连续流道3在空间上呈交叉状态。

取第一组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板1的反面为板面Ⅰ，取与其相邻的第二组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板1的正面为板面Ⅱ。

依次设置的板面Ⅰ、穿孔单面蚀刻板2、倒扣的穿孔单面蚀刻板2和板面Ⅱ间构成三股流螺旋缠绕流道，如图7所示，为一组三股流螺旋缠绕流道单元。由于板片较多，流道也有若干个，整个芯体内部其实是由若干个图7的螺旋缠绕流道单元组成，周期性的排列构成的，彼此之间也是相互平行的。

其中，板面Ⅰ上的不连续流道3导流流道4与穿孔单面蚀刻板2上的穿孔7相连通，穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的穿孔7相连通，倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的穿孔7与板面Ⅱ上的不连续流道3导流流道4相连通，同时，由穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2上相对的两个直流道6构成的柱体流道被两条交叉流道螺旋缠绕，如图7所示。

本实施例中，不连续流道3通过光化学蚀刻或者机械加工获得。不连续流道3的蚀刻截面形状为半圆形、矩形、椭圆形或梯形中的一种或一种以上的组合形式。

本实施例中，直流道6的截面形状为半圆形、矩形或半椭圆弧形等，穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的相对的两个直流道6间在叠加后构成圆柱体流道、四方柱体流道或椭圆柱体流道等柱体流道。

实施例2

如图5和图6所示，与实施例1不同的是，本实施例中，直流道6的截面形状为半圆形，穿孔单面蚀刻板2和倒扣的穿孔单面蚀刻板2上的相对的两个直流道6间在叠加后构成圆柱体流道。

本实施例中，如图3和图4所示，不连续流道3的蚀刻截面形状为半圆形，通过光化学蚀刻获得。导流流道4为L型折弯形状，其一边折弯部Ⅰ的开口开设在双面蚀刻流道板1的侧壁面上，另一边折弯部Ⅱ的端部与不连续流道3相连通；双面蚀刻流道板1上两侧导流流道4的折弯部Ⅰ开口开设在对称的侧壁面上。

本实施例中，双面蚀刻流道板1和穿孔单面蚀刻板2的材质均为不锈钢。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，包括：从上到下多层交替叠加并通过真空扩散焊技术焊接成一体的若干所述换热器芯体单元；

所述换热器芯体单元由双面蚀刻流道板(1)、穿孔单面蚀刻板(2)和倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)依次叠加焊接构成，实现两种或三种流体同时进行热交换；

所述穿孔单面蚀刻板(2)上开设有呈阵列分布的若干穿孔(7)，且在其单面长度方向上开设有贯穿两端若干具有连续性的直流道(6)，所述直流道(6)穿插设置在所述穿孔(7)之间；

所述穿孔单面蚀刻板(2)和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)上的所述直流道(6)相对，且在叠加后构成内部具有封闭空腔且两端设有开口的柱体流道；

所述双面蚀刻流道板(1)的正反面的中部均开设有与所述穿孔(7)相连通的若干不连续流道(3)，正反面的左右两侧均设置有与边缘侧多个所述不连续流道(3)相连通的多个导流流道(4)。

2.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述双面蚀刻流道板(1)的正面与反面上开设有方向相反的不连续流道(3)和导流流道(4)；

所述不连续流道(3)的流道中心线具有一定倾斜角度或弧度，所述双面蚀刻流道板(1)的正反面上的所述不连续流道(3)在空间上呈交叉状态；

取第一组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板(1)的反面为板面Ⅰ，取与其相邻的第二组换热器芯体单元中双面蚀刻流道板(1)的正面为板面Ⅱ；

依次设置的板面Ⅰ、穿孔单面蚀刻板(2)、倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)和板面Ⅱ间构成三股流螺旋缠绕流道；

其中，所述板面Ⅰ上的不连续流道(3)导流流道(4)与所述穿孔单面蚀刻板(2)上的穿孔(7)相连通，所述穿孔单面蚀刻板(2)和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)上的穿孔(7)相连通，所述倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)上的穿孔(7)与所述板面Ⅱ上的不连续流道(3)导流流道(4)相连通，同时，由所述穿孔单面蚀刻板(2)和倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)上相对的两个直流道(6)构成的柱体流道被两条交叉流道螺旋缠绕。

3.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，具有连续性的所述直流道(6)是指所述直流道(6)在其长度方向上为直线式且无中断的连续性流道，呈凹槽式结构；

若干所述穿孔(7)呈阵列分布是指设置有多排多列若干所述穿孔(7)，每一排上多个所述穿孔(7)等间隔设置，每一列上多个所述穿孔(7)等间隔设置；

每单个所述直流道(6)的两侧沿流动方向各设置一排所述穿孔(7)。

4.根据权利要求1或3所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述直流道(6)的截面形状为半圆形、矩形或半椭圆弧形，所述穿孔单面蚀刻板(2)和所述倒扣的穿孔单面蚀刻板(2)上的相对的两个所述直流道(6)间在叠加后构成圆柱体流道、四方柱体流道或椭圆柱体流道。

5.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述不连续流道(3)通过光化学蚀刻或者机械加工获得。

6.根据权利要求1或5所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述不连续流道(3)的蚀刻截面形状为半圆形、矩形、椭圆形或梯形中的一种或一种以上的组合形式。

7.根据权利要求6所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述不连续流道(3)具有上下平行的周期性排列的特征。

8.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述导流流道(4)为L型折弯形状，其一边折弯部Ⅰ的开口开设在所述双面蚀刻流道板(1)的侧壁面上，另一边折弯部Ⅱ的端部与所述不连续流道(3)相连通；

所述双面蚀刻流道板(1)上两侧所述导流流道(4)的折弯部Ⅰ开口开设在对称的侧壁面上。

9.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述双面蚀刻流道板(1)和所述穿孔单面蚀刻板(2)的材质为不锈钢、铜合金、铝合金、钛合金或镍基合金。

10.根据权利要求1所述的三股流螺旋缠绕印刷电路板式换热器芯体，其特征在于，所述双面蚀刻流道板(1)和所述穿孔单面蚀刻板(2)上开设有若干同轴对称定位孔(5)。

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