CN115183611B - 换热部件 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种换热部件，包括呈环状的本体，本体包括多个换热区，多个换热区沿本体的周向分布，本体包括位于换热区并具有用于容纳换热介质的流道，环状本体更好的适应异形空间，多个换热部沿本体的周向分布，降低了换热部件在异形空间内的空间损失，多个换热部件沿轴向层叠设置，沿本体的轴向方向贯通设置的流道会相互连通形成一个可以自行控制长度的连通流道，这种连通流道可以适应在换热部件轴向方向上不同尺寸空间的换热要求，提高了换热部件对不同空间的兼容性，增强了换热部件在异形空间的换热效能。

Description

换热部件

技术领域

本申请涉及换热技术领域，具体涉及一种换热部件。

背景技术

热交换器，是将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。热交换器在工业生产中的应用极为普遍，遍及动力、冶金、化工、石油、食品、医药及航空航天等各工业部门。能够承受高温高压、体积紧凑、换热效能高、成本可接受的印刷电路板式换热器(PCHE)是很有前景的发展方向。

目前，印刷电路板式换热器多为长方体状，应用于异形空间时，往往不能很好的适应异形空间，导致换热效能不佳。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种换热部件以改善换热器应用于异形空间时换热效能不佳的问题。

第一方面，本申请提供了一种换热部件，包括呈环状的本体，本体包括多个换热区，多个换热区沿本体的周向分布，本体包括位于换热区并具有用于容纳换热介质的流道；流道沿本体的轴向方向贯通设置，多个本体沿轴向层叠设置，且各本体的流道沿轴向相互连通。

在一些实施例中，各换热区内，多个流道沿本体的径向间隔分布。

在一些实施例中，多个换热区沿本体的周向等间隔设置。

在一些实施例中，各换热区沿轴向的正投影面积相同。

在一些实施例中，沿轴向相邻的两个本体的流道沿径向错位设置，以形成螺旋状流通道，多个流通道在本体的周向上间隔分布。

在一些实施例中，n个本体层叠设置，n个本体包括第一本体和第二本体，第一本体位于第2层和第n-1层，第二本体位于除第一本体外的其他层，第一本体包括贯穿设置并用于流入或流出换热介质的豁口，第一本体的豁口与和其相邻、并位于两个第一本体之间的第二本体的流道连通。

在一些实施例中，第一本体还包括两个换热区，两个换热区和两个豁口沿第一本体的周向交替分布，且两个豁口和/或两个换热区对称设置。

在一些实施例中，本体包括位于各换热区的第一换热板，流道设置于第一换热板。

在一些实施例中，第一换热板还包括沿本体轴向贯穿的两个管路接口，流道设置于管路接口在径向上的至少一侧并与管路接口连通。

在一些实施例中，两组管路接口分设在流道的两侧，流道从一侧的管路接口延伸至另一侧的管路接口。

在一些实施例中，多个第一换热板沿本体的周向相继连接，且各第一换热板上的流道相互独立设置。

在一些实施例中，第一换热板包括沿本体周向并排设置的：分配区，分配区内设置有至少一个阻流体，至少一个管路接口位于分配区；常规流道区，常规流道区内包括至少一条流道，分配区与常规流道区连通。

在一些实施例中，本体包括位于换热区的第二换热板，第二换热板沿轴向延伸，流道设置于第二换热板并沿轴向延伸设置，多个流道在第二换热板上沿径向间隔分布。

在一些实施例中，多个第二换热板朝向本体中心的端部相互连接，以在相邻的两个第二换热板之间形成第二流道。

在一些实施例中，还包括环状止挡板，环绕于多个第二换热板的外侧，且与多个第二换热板相互连接。

本申请实施例提供一种换热部件和换热装置，换热部件包括呈环状的本体，本体包括多个换热区，多个换热区沿本体的周向分布，本体包括位于换热区并具有用于容纳换热介质的流道，环状本体更好的适应异形空间，多个换热部沿本体的周向分布，降低了换热部件在异形空间内的空间损失，多个换热部件沿轴向层叠设置，沿本体的轴向方向贯通设置的流道会相互连通形成一个可以自行控制长度的连通流道，这种连通流道可以适应在换热部件轴向方向上不同尺寸空间的换热要求，提高了换热部件对不同空间的兼容性，增强了换热部件在异形空间的换热效能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为常规换热部件的结构示意图；

图2为本申请中的一种换热部件的结构示意图；

图3为本申请一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图4为本申请一实施例中的换热部件中多个本体层叠设置的结构示意图；

图5为本申请一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图6为本申请一实施例中的换热部件中多个本体层叠设置的结构示意图；

图7为本申请另一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图8为本申请另一实施例中的一种换热部件的拆分示意图；

图9为本申请另一实施例中的第一换热板的结构示意图；

图10为本申请另一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图11为本申请另一实施例中的一种换热部件的俯视图；

图12为本申请另一实施例中第二换热板的流道部分结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1常规PCHE换热芯块，2常规矩形换热板，3换热部件，31本体，32换热区，33流道，34肋条，35豁口，36，第一本体，4流通道，5第一换热板，51第一换热管道，52管路接口，53分配区，531阻流体，54常规流道区，55承压板，6第二换热板，61第二流道，62第二换热管道，63环状止挡板。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

换热器是现代工业中进行能源回收利用的重要部件。随着石油化工、海洋工程、核能、光热等领域对于换热器效能、耐高温、耐高压能力的更高要求，一类结合化学蚀刻微流道成型技术和扩散焊焊接技术的微通道紧凑式换热器(Printed Circuit HeatExchanger；PCHE)逐渐变得热门。

请参照图1，图1为常规换热部件的结构示意图。

本申请发明人注意到，目前市场上的PCHE，应用到异形空间如环形空间、管状空间时， 并不能发挥很好的换热效果

发明人发现，目前市面上应用的PCHE均呈长方体状，这主要是由于常规PCHE换热芯块1是由多层常规矩形换热板2堆叠焊接而成。这种外形一定程度上限制了PCHE在异形空间内的应用，如航空发动机/燃气轮机、核反应堆压力容器、工业管道/排烟道等设施，异形换热空间大量存在。此时若仍然采用矩形的换热板2，换热板之间的空隙势必不能被加以利用，如此将造成环形空间的利用率降低，而对于航空航天设备以及核能利用设备等对于动力系统部分整体体积、重量要求极高的场景，其对于动力热源周围环形空间的利用率有着近乎苛刻的限制。因此，传统的PCHE很难适应异形空间的换热要求，换热效率较低。

基于发明人发现的上述问题，为了提升换热部件对异形空间的适应性，提高换热部件在异形空间的换热效率，发明人经过深入研究，对换热部件进行了改进。

请参照图2，图2为本申请中的一种换热部件3的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图2所示，一种换热部件3，包括呈环状的本体31，本体31包括多个换热区32，多个换热区32沿本体31的周向分布，本体31包括位于换热区32并具有用于容纳换热介质的流道33。

换热区32是本体31上具有换热能力的区域，换热区32内至少设置有一条流道33。

可选的，周向方向为环状本体31的圆周方向，径向方向为环状本体31的圆心指向环状本体31边缘的方向，也就是环状本体31的半径方向。因此图2中的X和Y方向均为径向。

可选的，流道33可以通过机加工或化学刻蚀的方式成型。

可选的，本体31部分可以是不锈钢、铜、铜合金或钛合金。

可选的，环状本体31可以是由多个扇形本体31拼接而成。

在这些可选的实施例中，换热部件3包括呈环状的本体31，本体31包括多个换热区32，多个换热区32沿本体31的周向分布，本体31包括位于换热区32并具有用于容纳换热介质的流道33。环状本体31更好的适应异形空间，多个换热部32沿本体31的周向分布，降低了换热部件3在异形空间内的空间损失，提高了换热部件3在异形空间的换热效能。

请参照图3，图3为本申请一实施例中的一种换热部件3的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图3所示，流道33沿本体31的轴向方向贯通设置。

在这些可选的实施例中，沿本体31的轴向方向贯通设置的流道33，使多个换热部件3沿轴向层叠设置时，流道33可以互相连通。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图3所示，各换热区32内，多个流道33沿本体31的径向间隔分布。

可选的，沿本体31径向间隔分布的多个流道33之间设置有肋条34，即相邻的两个肋条34之间形成流道33，肋条34可以增强换热部件的结构强度。

在这些可选的实施例中，多个沿本体31径向间隔分布的流道33，增加了换热面积，提高了换热部件3的换热效能。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图3所示，各换热区32沿轴向的正投影面积相同。

可选的，各换热区32沿本体31周向方向等间隔布置，以增强换热部件3的换热均匀性。

在这些可选的实施例中，各换热区32沿轴向的正投影面积相同，保证了各换热区32换热介质流量相等，提高了换热部件3均匀换热的能力，改善了换热部件3因换热不均匀而容易产生热应力问题的现象。

请参照图4，图4为本申请一实施例中的换热部件3中多个本体31层叠设置的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图4所示，多个本体31沿轴向层叠设置，且各本体31的流道33沿轴向相互连通。

可选的，多个本体31沿轴向层叠设置，所有本体31的尺寸、换热区32数量和面积以及流道33尺寸和数量相同，层叠布置时，所有本体31的中心在一条轴线上，所有本体31的换热区32位置一一对应完全交叠。

在这些可选的实施例中，多个换热部件3沿轴向层叠设置，沿本体31的轴向方向贯通设置的流道33会相互连通形成一个可以自行控制长度的连通流道，这种连通流道可以适应在换热部件3轴向方向上不同尺寸空间的换热要求，提高了换热部件3对不同空间的兼容性。

请参照图5，图5为本申请一实施例中的一种换热部件3的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图4和图5所示，n个本体31层叠设置，n个本体31包括第一本体36和第二本体31，第一本体36位于第2层和第n-1层，第二本体31位于除第一本体36外的其它层，第一本体36包括贯穿设置并用于流入或流出换热介质的豁口35，第一本体36的豁口35与和其相邻、并位于两个第一本体36之间的第二本体31的流道33连通。

当换热部件3内有两种不同的介质，且n个换热部件3层叠设置时，第n-1层和第2层为第一本体36，其余层为第二本体31，第一本体36上设置有与其相邻的在两个第一本体36之间的第二本体31的流道33连通的豁口35，一种介质从豁口35流入或流出换热部件3；另一种介质从第n层和第1层的第二本体31上的流道33流入或流出换热部件3。

这些可选的实施例中，通过设置带有豁口35的第一本体31，将层叠设置的换热部件3的不同介质的出入口分隔开，改善了不同介质在输入或输出层叠设置的换热部件3时因意外而导致不同介质错误混合的问题。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图5所示，第一本体36还包括两个换热区32，两个换热区32和两个豁口35沿第一本体36的周向交替分布，且两个豁口35和/或两个换热区32对称设置。

这些可选的实施例中，两个换热区32和两个豁口35沿第一本体36的周向交替分布，且两个豁口35和/或两个换热区32对称设置，提高了层叠设置的换热部件3的换热均匀性。

请参照图6，图6为本申请另一实施例中的换热部件3多个本体31层叠设置的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图4至图6所示，沿轴向Z相邻的两个本体31的流道33沿周向错位设置，以形成螺旋状流通道4，多个流通道4在本体的周向上间隔分布。即沿轴向Z相邻的两个本体31中，其中一者的流道33和另一者的流道33在轴向上部分错位且部分交叠，使得沿轴向相邻的两个本体31的流道33相互连通且能够形成螺旋状流通道4。

流通道4是指，多个本体31沿轴向Z层叠设置，各本体31相互连通的形成的流通道4。

可选的，轴向方向是图6中的Z方向。

可选的，各沿轴向相邻的两个本体31的流道33沿周向错位的旋转角度相同。

可选的，在实际应用中，不同流道33中可能会通入不同的介质，在沿轴向相邻的两个本体31的流道沿周向错位设置时，容纳不同介质的流道33不能连通，相邻的容纳不同介质的流道33之间应设置有足够尺寸的非换热区。非换热区可以在流道33错位设置时对流道33进行封闭。

可选的，沿轴向Z相邻的两个本体31错位，其中一者的本体31未开设流道33的一部分会位于另一者的流道33在轴向上的一侧，使得沿轴向Z相邻的两个本体31之间的流通道4包括阶梯状内壁面，阶梯状内壁面有助于介质流向的不断改变和流动边界层的破坏，能够起到增强对流换热的作用。

在这些可选的实施例中，沿轴向Z相邻的两个本体31的流道33沿周向错位设置，流道33相互连通，形成螺旋状流通道4，螺旋状流通道4一方面延长了介质在换热装置内的流动路径、增大了换热面积。另一方面在螺旋状流通道4中，流体不断的变换流动方向，在离心力的作用下将在流动截面上形成二次流，二次流增强了流动截面的湍动能强度，强化了截面流体的混合，可有效增强换热部件3的对流换热能力。

请参照图7和图8，图7为本申请另一实施例中的一种换热部件3的结构示意图；图8为本申请另一实施例中的一种换热部件3的爆炸图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图7和图8所示，本体31包括位于各换热区32的第一换热板5，流道33设置于第一换热板5。

可选的，第一换热板5可以为扇形，扇形的第一换热板5在环形本体31上的空间利用率更高。

可选的，还包括承压板55，设置在第一换热板5的底部，承压板55对本体31起支撑作用。

可选的，还包括第一换热管道51，设置于第一换热板5在轴向Z上的一侧，第一换热管道51呈环状并具有入口和出口，第一换热管道51的出口和各第一换热板5的管路接口的入口连接。

在这些可选的实施例中，流道33设置在第一换热板5上，增大了换热面积，提高了换热部件3的换热能力。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图7和图8所示，第一换热板5还包括沿本体31轴向Z贯穿的两个管路接口52，流道33设置于管路接口52在径向上的至少一侧并与管路接口52连通。

可选的，当多个本体31层叠设置时，在轴向Z方向上的对应的管路接口52相互连通。

在这些可选的实施例中，还包括沿本体31轴向Z贯穿的两个管路接口52，流道33设置于管路接口52在径向上的至少一侧并与管路接口52连通，介质从两个管路接口52进入和流出第一换热板5进行热交换。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图7和图8所示，两组管路接口52分设在流道33的两侧，流道33从一侧的管路接口52延伸至另一侧的管路接口52。

可选的，m组管路接口52分设在流道的两侧，至少m层本体31层叠设置时，可以向m层层叠本体31中通入n种不同的介质。

可选的，在第一换热板5上两组管路接口52沿本体31的周向和径向排成两行两列。

在这些可选的实施例中，当由两种不同的介质要通入多个沿轴向Z层叠设置的本体31时，流道33从一侧的管路接口52延伸至另一侧的管路接口52，保证了每一个第一换热板5中只会流入和流出一种介质，避免了不同的介质在同一第一换热板5中混合。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图7和图8所示，多个第一换热板5沿本体31的周向相继连接，且各第一换热板5上的流道33相互独立设置。

在这些可选的实施例中，多个第一换热板5沿本体31的周向相继连接，且各第一换热板5上的流道33相互独立设置，增大了本体31的换热面积，提高了换热效果。

请参照图9，图9为本申请另一实施例中的第一换热板5的结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图7至图9所示，第一换热板5包括沿本体31周向并排设置的分配区53和常规流道区54，分配区53内设置有至少一个阻流体531，至少一个管路接口52位于分配区53；常规流道区54内包括至少一条流道33，分配区53与常规流道区54连通。

可选的，阻流体531具有流线性轮廓，以降低对介质的阻力。

可选的，沿介质流动方向，常规流道区54尺寸不低于第一换热板5尺寸的50%。

在这些可选的实施例中，第一换热板5包括沿本体31周向排布的分配区53和常规流道区54，分配区53内设置有阻流体531，阻流体531可以起到扰流的作用，分配区53降低了因介质在常规流道区54分配不均匀引起的换热效能下降的问题。

请参照图图10至图12，图10为本申请另一实施例中的一种换热部件3的结构示意图，图11为本申请另一实施例中的一种换热部件3的俯视图，图12为本申请另一实施例中第二换热板6的流道部分结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图10至图12所示，本体31包括位于换热区32的第二换热板6，第二换热板6沿轴向Z延伸，流道33设置于第二换热板6并沿轴向延伸设置，多个流道33在第二换热板6上沿径向间隔分布。

可选的，第二换热板6的截面为矩形。

可选的，第二换热板6在周向上的延伸厚度为30mm-100mm，第二换热板6较窄，第二换热板6适合换热系数小且流动性能好的介质。

在这些可选的实施例中，第二换热板6沿轴向Z延伸，流道设置于第二换热板6并沿轴向Z延伸设置，多个流道33在第二换热板6上沿径向间隔分布增加了换热部件3的换热面积，提高了换热部件3的换热效能。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图10所示，多个第二换热板6朝向本体31中心的端部相互连接，以在相邻的两个第二换热板6之间形成第二流道61。

可选的，多个第二换热板6朝向本体31中心的端部相互焊接，或，多个第二换热板6朝向本体31中心的端部焊接在环状止挡板上。

在这些可选的实施例中，以相邻的两个第二换热板6之间的间隔作为第二流道61，合理利用了第二换热板6的空隙，提高了换热部件3的空间利用率，并且第二流道61的流通面积较大，使第二流道61更适合换热系数较大且流动性能较差的介质。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图10和图11所示，还包括环状止挡板63，环绕于多个第二换热板6的外侧，且与多个第二换热板6相互连接。

可选的，环状止挡板63与第二换热板6焊接在一起。

可选的，环状止挡板63的材质可以是不锈钢、铜、铜合金或钛合金。

可选的，环状止挡板63与本体31材料相同。

可选的，还包括第二换热管道62，设置于第二换热板6在轴向Z上的两侧，第二换热管道62呈环状并具有入口和出口，第二换热管道62的出口和各第二换热板6的入口连接。

在这些可选的实施例中，环状止挡板63和多个第二换热板6连接，构成了中空的第二流道61，并且环状止挡板63也提高了换热部件3的抗压抗变形能力，提高了换热部件3的适应性。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (13)

1.一种换热部件，其特征在于，包括一体设置呈环状的本体，所述本体包括多个换热区，多个所述换热区沿所述本体的周向分布，所述本体包括位于所述换热区并具有用于容纳换热介质的流道，

所述流道沿所述本体的轴向方向贯通设置,多个所述本体沿所述轴向层叠设置，且各所述本体的所述流道沿所述轴向相互连通，

沿所述轴向相邻的两个所述本体的所述流道沿所述周向错位设置，以形成螺旋状流通道，多个所述流通道在所述本体的周向上间隔分布，

n个所述本体层叠设置，n个所述本体包括第一本体和第二本体，所述第一本体位于第2层和第n-1层，所述第二本体位于除所述第一本体外的其他层，所述第一本体包括贯穿设置并用于流入或流出换热介质的豁口，所述第一本体的所述豁口与和其相邻、并位于两个所述第一本体之间的所述第二本体的所述流道连通。

2.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，各所述换热区内，多个所述流道沿所述本体的径向间隔分布。

3.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，多个所述换热区沿所述本体的周向等间隔设置。

4.根据权利要求2所述的换热部件，其特征在于，各所述换热区沿所述轴向的正投影面积相同。

5.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述第一本体还包括两个所述换热区，两个所述换热区和两个所述豁口沿所述第一本体的周向交替分布，且两个所述豁口和/或两个所述换热区对称设置。

6.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述本体包括位于各所述换热区的第一换热板，所述流道设置于所述第一换热板。

7.根据权利要求6所述的换热部件，其特征在于，所述第一换热板还包括沿所述本体轴向贯穿的两个管路接口，所述流道设置于所述管路接口在径向上的至少一侧并与所述管路接口连通。

8.根据权利要求7所述的换热部件，其特征在于，两组所述管路接口分设在所述流道的两侧，所述流道从一侧的所述管路接口延伸至另一侧的所述管路接口。

9.根据权利要求7所述的换热部件，其特征在于，多个所述第一换热板沿所述本体的周向相继连接，且各所述第一换热板上的所述流道相互独立设置。

10.根据权利要求7所述的换热部件，其特征在于，所述第一换热板包括沿所述本体周向并排设置的：

分配区，所述分配区内设置有至少一个阻流体，至少一个所述管路接口位于所述分配区；

常规流道区，所述常规流道区内包括至少一条所述流道，所述分配区与所述常规流道区连通。

11.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述本体包括位于所述换热区的第二换热板，所述第二换热板沿轴向延伸，所述流道设置于所述第二换热板并沿轴向延伸设置，多个所述流道在所述第二换热板上沿径向间隔分布。

12.根据权利要求11所述的换热部件，其特征在于，多个所述第二换热板朝向所述本体中心的端部相互连接，以在相邻的两个所述第二换热板之间形成第二流道。

13.根据权利要求11所述的换热部件，其特征在于，还包括环状止挡板，环绕于多个所述第二换热板的外侧，且与多个所述第二换热板相互连接。

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