CN115070366A - 一种避免化学蚀刻的pche换热器加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，包括热侧板片和冷侧板片，热侧板片包括两种流道形状和位置相同但肋的位置不同的板片，冷侧板片也包括两种流道形状和位置相同但肋的位置不同的板片，热侧板片以及冷侧板片两两为一组，再组合成一个换热器整体。板片上的流道均采用水刀切割形成，由于这种加工不产生切削热应力，所以保证了板片不变形，同时避免了化学蚀刻，避免了采用价格昂贵的蚀刻药剂，可以有效控制换热器价格。

Description

一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法
技术领域
本发明属于换热装置技术领域，涉及一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法。
背景技术
印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)属于微通道板式换热器范畴。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。
目前常见的PCHE换热器板片采用的是化学蚀刻加工，高质量的化学蚀刻药剂需要进口，并且蚀刻的报废率较高，在一些小型加工企业中蚀刻板片的报废率可达到50％，多种因素造成采用蚀刻加工的板片加工昂贵。这对于电厂等换热量巨大的应用场合来说PCHE换热器的价格即为天价。若能够采用较为连接的板片加工方法则可以大大降低PCHE换热器的整体成本，并更好的推广这项技术。
发明内容
为了解决以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，采用切割代替化学蚀刻加工出PCHE板片上的流道，避免了采用昂贵的蚀刻药剂，从而降低加工成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，包括以下步骤：
将第一热侧板片与第二热侧板片叠加在一起为一组热侧板片，将第一冷侧板片与第二冷侧板片叠加在一起为一组冷侧板片；
在一组冷侧板片上叠加一张中间隔板，再叠加一组热侧板片再叠加一张隔板；重复叠加多层冷侧板片和热侧板片后进行真空扩散焊，形成PCHE换热器；
其中，第一热侧板片与第二热侧板片上开设有流道，并且流道上设置有肋；第一冷侧板片与第二冷侧板片上开设有流道，并且流道上设置有肋。
本发明进一步的改进在于，第一热侧板片与第二热侧板片上开设有流道，第一热侧板片的流道通过第一肋分割为第一流道和第二流道，第二热侧板片的流道上通过第二肋分割为第三流道和第四流道，沿流道长度方向，第一肋位于第二肋后方。
本发明进一步的改进在于，第一冷侧板片与第二冷侧板片上开设有流道，第一冷侧板片的流道上设置有第三肋，第二热侧板片的流道上设置有第四肋，沿流道长度方向，第三肋位于第四肋的前方。
本发明进一步的改进在于，第一冷侧板片与第二冷侧板片上的流道与第一热侧板片上的流道相同。
本发明进一步的改进在于，第一热侧板片、第二热侧板片、第一冷侧板片与第二冷侧板片上的流道均采用水刀加工系统进行加工；水刀加工系统包括工装平台、机械臂、喷嘴组、控制组件、蓄能器，高压泵以及移动平台，高压泵与蓄能器相连，蓄能器经控制组件与喷嘴组相连，喷嘴组设置在机械臂上，机械臂设置在移动平台上。
本发明进一步的改进在于，喷嘴组与水平方向呈45°排列。
本发明进一步的改进在于，喷嘴组包括第一喷嘴、第二喷嘴、第三喷嘴、第四喷嘴与第五喷嘴。
本发明进一步的改进在于，控制组件第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件、第四控制组件与第五控制组件，蓄能器出口分为路，第一控制组件、第二控制组件、第三控制组件、第四控制组件、第五控制组件分别设置在路上。
本发明进一步的改进在于，第一热侧板片、第二热侧板片、第一冷侧板片与第二冷侧板片的厚度均为2mm。
本发明进一步的改进在于，PCHE换热器的总厚度小于等于200mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的中热侧板片和冷侧板片上的流道采用水刀加工系统加工，这种加工方法避免了产生切削加工时不可避免切削热，从而避免了板片热变形以及化学蚀刻采用昂贵的药剂的问题，可以有效控制换热器价格。本发明的热侧板片和冷侧板片上沿流道方向有肋，避免了金属通道沿流道方向过于细长导致装配时难以对齐到流道形状及位置的问题。
进一步的，本发明中喷嘴组由5个喷嘴成，可同时切割5个流道，大大加快了加工速度。同时在最上层板片上面覆盖一层隔板，保护了PCHE板片表面的洁净度，由于其他板片是叠加加工，因此所有板片的表面洁净度均可保证，与化学蚀刻相比，不存在光刻胶膜存在气孔导致板片有缺陷造成废品的问题，并且大大提高了成品率，进一步降低了成本。
附图说明
图1为第一热侧板片的结构示意图。
图2为第二热侧板片的结构示意图。
图3为第一冷侧板片的结构示意图。
图4为第二冷侧板片的结构示意图。
图5为PCHE换热器整体组合后示意图。
图6为流体在一组板片中流动方向示意图。
图7为水刀加工系统的示意图。
图中，1为工装平台，2为机械臂，3为喷嘴组，3-1为第一喷嘴，3-2为第二喷嘴，3-3为第三喷嘴，3-4为第四喷嘴，3-5为第五喷嘴，4为控制组件，4-1为第一控制组件，4-2为第二控制组件，4-3为第三控制组件，4-4为第四控制组件，4-5为第五控制组件，5为蓄能器，6为高压泵，7为移动平台，8为第一热侧板片，9为第二热侧板片，10为第一冷侧板片，11为第二冷侧板片，12为第一板片，13为第二板片，14为第三板片，15为第一肋，16为第二肋，17为第三肋，18为第四肋。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，PCHE换热器包括冷侧板片和热侧板片，冷侧板片和热侧板片都分为两种或两种以上通道类型，本实施例以两种通道为例，流通通道沿流动方向由肋打断。
将第一热侧板片8与第二热侧板片9叠加在一起为一组热侧板片，将第一冷侧板片10与第二冷侧板片11叠加在一起为一组冷侧板片；
在一组冷侧板片上叠加一张中间隔板，再叠加一组热侧板片再叠加一张隔板；重复叠加多层冷侧板片和热侧板片后进行真空扩散焊，形成PCHE换热器；
热侧板片包括第一热侧板片8与第二热侧板片9，第一热侧板片8上的流道位置和形状如图1所示，第二热侧板片9上的流道位置和形状如图2所示，第一热侧板片8与第二热侧板片9的流道位置和形状都一样，但是肋的位置不同。第一热侧板片8与第二热侧板片9上开设有流道，第一热侧板片8的流道通过第一肋15分割为第一流道和第二流道，第二热侧板片9的流道上通过第二肋16分割为第三流道和第四流道，沿流道长度方向，第一肋15位于第二肋16后方；参见图6，第三流道内的流体经第二肋16进入第一流道内并与第一流道内的流体混合，第一流道内的流体流过第二肋16表面后一部分沿第一流道流动，另一部分进入第四流道，第一流道内的流体经第一肋15进入第四流道并与第四流道内的流体混合后，经过第一肋15下表面后一部分进入第二流道，另一部分沿第四流道流动。
冷侧板片包括第一冷侧板片10与第二冷侧板片11，第一冷侧板片10与第二冷侧板片11上的流道与第一热侧板片8上的流道相同，第一冷侧板片10上的流道位置和形状如图3所示，第二冷侧板片11上的流道位置和形状如图4所示，第一冷侧板片10与第二冷侧板片11流道位置和形状都一样，但是肋的位置不同。
具体的，第一冷侧板片10的流道上设置有第三肋17，第二热侧板片9的流道上设置有第四肋18，沿流道长度方向，第三肋17位于第四肋18的前方。第三肋17将第一冷侧板片10上的流道分割为第五流道和第六流道，第四肋18将第二冷侧板片11上的流道分割为第七流道和第八流道，参见图6，第一冷侧板片10上的第五流道中的流体经第三肋17进入到第七流道中，与第七流道中的流体混合后，流经第三肋17表面后，一部分进入第六流道，一部分继续沿第七流道，当第七流道中的流体经第四肋18进入到第六流道中，与第六流道中的流体混合，当混合后的流体流经第四肋18表面后，一部分进入第八流道中，另一部分继续在第六流道中流道。
流体在换热器的一组板片中流动过程如图6所示，流体在一组板片中在经过肋时从一组中的另一个板片上的通道绕流流过。
优选的，参见图5，本发明实施例中的PCHE换热器从上向下依次包括第一板片12、第一热侧板片8、第二热侧板片9、第二板片13、第一冷侧板片10、第二冷侧板片11以及第三板片14。
所述冷侧板片和热侧板片采用水刀加工系统切割加工，水刀按照设计流道路线切割出流道孔隙，根据板片厚度和水刀加工系统加工能力，一次切割可叠加多张板片，完成单独板片的切割后再按顺序叠加板片，并焊接为一个整体，最后再切割掉换热器的四个边缘，使流道的进出口与外界连通，如图5所示。
参见图7，水刀加工系统包括工装平台1、机械臂2、喷嘴组3(本实施例中喷嘴组3包含5个喷嘴，分别为第一喷嘴3-1、第二喷嘴3-2、第三喷嘴3-3、第四喷嘴3-4、第五喷嘴3-5)、控制组件4(每个喷嘴对应一个控制组件，控制组件4包括5个控制组件，分别为第一控制组件4-1、第二控制组件4-2、第三控制组件4-3、第四控制组件4-4、第五控制组件4-5)，蓄能器5、高压泵6以及移动平台7，移动平台7轴向为X轴方向，垂直于移动平台7方向为Y轴方向。本实施例中5个喷嘴组成的喷嘴组3与水平方向呈45°排列，喷嘴组3固定于机械臂2上，5个喷嘴相对固定，无相对移动，喷嘴组3可以沿移动平台7的Y轴移动，机械臂2可以沿移动平台7的X轴方向移动。高压泵6与蓄能器5相连，蓄能器5经控制组件4与喷嘴组3相连，喷嘴组3设置在机械臂2上，机械臂2设置在移动平台7上。蓄能器5与高压泵6相连，蓄能器5出口分为5路，每路上分别设置一个控制组件，具体的，第一控制组件4-1、第二控制组件4-2、第三控制组件4-3、第四控制组件4-4、第五控制组件4-5分别设置在5路上。工装平台1用于放置冷侧板片和热侧板片。
加工PCHE换热器的冷侧板片和热侧板片时，首先需要将同类型的数片板片叠加并固定在工装平台1上，板片的最上一层需覆盖一层0.1mm薄钢板作为保护板(即第一板片12)，叠加板片的数量根据板片本身的厚度确定，叠加后的总厚度不宜超过200mm，本实施例中采用2mm板片，叠加25-30片，然后喷嘴组经过对刀定位后开始切割，切割过程由喷嘴组3沿移动平台7的Y轴运动、机械臂2沿移动平台7的X轴运动，以及控制组件4的关闭、开启操作共同控制完成流道的切割，具体移动及启停根据流道形状由移动平台7的控制系统完成，本实施例中切割用高压泵6的压力为300MPa，本实施例中5个喷嘴组成的喷嘴组3公用一个蓄能器5。
板片上的流道均采用水刀切割形成，由于这种加工不产生切削热应力，所以保证了板片不变形，同时避免了化学蚀刻，避免了采用价格昂贵的蚀刻药剂，可以有效控制换热器价格。
以上详细说明仅为本发明的一个实施例，如一组板片也可由3张或更多板片组成，冷侧板片以及热侧板片的流道形状可以不同，水刀加工系统中喷嘴的数量可以根据流道数量等因素变化，每次切割时叠加板片数量也可根据板片材质以及板片厚度调整。这些变化并不影响本发明的适用性，不能以此限定本发明的范围。即凡是依据本发明申请范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
将第一热侧板片(8)与第二热侧板片(9)叠加在一起为一组热侧板片，将第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)叠加在一起为一组冷侧板片；
在一组冷侧板片上叠加中间隔板，再叠加一组热侧板片再叠加隔板；重复叠加多层冷侧板片和热侧板片后进行真空扩散焊，形成PCHE换热器；
其中，第一热侧板片(8)与第二热侧板片(9)上开设有流道，并且流道上设置有肋；第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)上开设有流道，并且流道上设置有肋；
第一热侧板片(8)、第二热侧板片(9)、第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)上的流道均采用水刀加工系统进行加工。
2.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，第一热侧板片(8)与第二热侧板片(9)上开设有流道，第一热侧板片(8)的流道通过第一肋(15)分割为第一流道和第二流道，第二热侧板片(9)的流道上通过第二肋(16)分割为第三流道和第四流道，沿流道长度方向，第一肋(15)位于第二肋(16)后方。
3.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)上开设有流道，第一冷侧板片(10)的流道上设置有第三肋(17)，第二热侧板片(9)的流道上设置有第四肋(18)，沿流道长度方向，第三肋(17)位于第四肋(18)的前方。
4.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)上的流道与第一热侧板片(8)上的流道相同。
5.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，水刀加工系统包括工装平台(1)、机械臂(2)、喷嘴组(3)、控制组件(4)、蓄能器(5)，高压泵(6)以及移动平台(7)，高压泵(6)与蓄能器(5)相连，蓄能器(5)经控制组件(4)与喷嘴组(3)相连，喷嘴组(3)设置在机械臂(2)上，机械臂(2)设置在移动平台(7)上。
6.根据权利要求5所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，喷嘴组(3)与水平方向呈45°排列。
7.根据权利要求5所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，喷嘴组(3)包括第一喷嘴(3-1)、第二喷嘴(3-2)、第三喷嘴(3-3)、第四喷嘴(3-4)与第五喷嘴(3-5)。
8.根据权利要求5所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，控制组件(4)第一控制组件(4-1)、第二控制组件(4-2)、第三控制组件(4-3)、第四控制组件(4-4)与第五控制组件(4-5)，蓄能器(5)出口分为(5)路，第一控制组件(4-1)、第二控制组件(4-2)、第三控制组件(4-3)、第四控制组件(4-4)、第五控制组件(4-5)分别设置在(5)路上。
9.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，第一热侧板片(8)、第二热侧板片(9)、第一冷侧板片(10)与第二冷侧板片(11)的厚度均为2mm。
10.根据权利要求1所述的一种避免化学蚀刻的PCHE换热器加工方法，其特征在于，PCHE换热器的总厚度小于等于200mm。
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于晓丽;杨小勇;王捷;: "中间换热器的传热和阻力特性", 原子能科学技术, no. 2, pages 256 - 259 *
陆德明,袁竞雄: "板式换热器的新颖板片结构", 化工装备技术, no. 05, pages 22 - 27 *

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