CN115218710B - 一种换热部件、换热芯体和换热装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种换热部件、换热芯体和换热装置。换热部件应用于微通道紧凑式换热器，换热部件包括用于容纳换热介质的腔室，所述腔室包括沿第一方向并排分布的：换热区和流量分配区；换热区包括至少一条第一流道；流量分配区包括至少一条第二流道，第二流道和第一流道的入口连接，第二流道的第二方向的尺寸d2大于第一流道的第二方向的尺寸d1，使一个第二流道能够匹配多个第一流道，至少一条第二流道内设置有至少一个阻流体，阻流体可以起到扰流的作用，为经过第二流道进入第一流道的换热介质增加在第二方向上的速度，使换热介质经过第二流道后能均匀分配到多个第一流道内，达到在换热装置内部均匀分配换热介质的目的，提高换热部件的换热性能。

Description

一种换热部件、换热芯体和换热装置

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、换热芯体和换热装置。

背景技术

换热器，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。

印刷电路板式换热器是一种紧凑式换热器，其内部设置有许多的微通道，但换热介质在微通道之间的分配不均，制约着换热部件换热性能的发展。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种换热部件、换热芯体和换热装置以改善换热介质在微流道内分配不均的问题，提高换热效能。

第一方面，本申请提供了一种换热部件，应用于微通道紧凑式换热器，换热部件包括用于容纳换热介质的腔室，腔室包括沿第一方向并排分布的：换热区和流量分配区，换热区包括至少一条第一流道；流量分配区包括至少一条第二流道，第二流道为弯折流道，且第二流道的弯折角度θ不小于60°，第二流道和第一流道的入口连接，以使换热介质能够由第二流道流入第一流道，第二流道的第二方向的尺寸d2大于第一流道的第二方向的尺寸d1，第二方向与第一方向相交，至少一条第二流道内设置有至少一个阻流体。

本申请实施例的技术方案中，应用于微通道紧凑式换热器的换热部件包括用于容纳换热介质的腔室，腔室包括沿第一方向并排分布的换热区和流量分配区，流量分配区包括至少一条第二流道，第二流道为弯折流道，且弯折流道的弯折角度θ不小于60°，当第二流道为弯折流道时，能通过流道壁的弯折给经过该弯折流道壁的介质增加在第二方向的速度，当θ不小于60°时，第二流道不会因为弯折角度过小，换热介质在弯折处过度堆积，造成换热介质流动困难，第二流道和第一流道的入口连接，以使换热介质能够由第二流道流入第一流道，第二流道的第二方向的尺寸d2大于第一流道的第二方向的尺寸d1，使一个第二流道能够匹配多个第一流道，至少一条第二流道内设置有至少一个阻流体，第二流道内的阻流体可以起到扰流的作用，为经过第二流道进入第一流道的换热介质增加在第二方向上的速度，使换热介质经过第二流道后能更均匀的分配到与第二流道相连通的多个第一流道内，达到在换热装置内部均匀分配换热介质的目的，提高换热部件的换热性能。

在一些实施例中，流量分配区在第二方向的尺寸L2不大于换热区在第二方向的尺寸L1。

在本申请实施例的技术方案中，当流量分配区在第二方向的尺寸L2不大于换热区在第二方向的尺寸L1时，即节省了制造成本，又可以对换热介质起到良好的扰流效果。

在一些实施例中，流量分配区在第一方向上的延伸尺寸L3占换热区在第一方向上延伸尺寸L4的15%~50%。

在本申请实施例的技术方案中，流量分配区在第一方向上的延伸尺寸L3占换热区在第一方向上延伸尺寸L4的15%~50%，既不会因为L3过短导致均流效果不好，也不会因为L3过长，导致换热部件换热面积不足导致换热效能降低。

在一些实施例中，阻流体在流量分配区上沿第一方向和第二方向成行成列分布。

在本申请实施例的技术方案中，阻流体在流量分配区上沿第一方向和第二方向成行成列分布，降低了换热部件的工艺制造难度。

在一些实施例中，相邻阻流体沿第一方向的间隔尺寸是阻流体沿第一方向径向尺寸的0.5~5倍。

在本申请实施例的技术方案中，当相邻阻流体沿第一方向的间隔尺寸是阻流体沿第一方向径向尺寸的0.5~5倍时，既不会因为间隔尺寸过小，导致换热介质不能很好的在流量分配区内部沿第二方向流动，降低了流量再分配的效果；也不会因为间隔尺寸过大，扰流效果过低。

在一些实施例中，相邻阻流体沿第二方向的间隔尺寸是第一流道的第二方向尺寸d1的1.5~5倍。

在本申请实施例的技术方案中，当相邻阻流体沿第二方向的间隔尺寸是第一流道第二方向的尺寸的1.5~5倍时，既不会因为间隔尺寸过小导致过度阻碍换热介质在第一方向上的流动，也不会因为间隔尺寸过大，扰流效果过低。

在一些实施例中，阻流体在第二方向上的间隔为L6，阻流体在第一方向上的间隔为L5，L5=2*L6。

在本申请实施例的技术方案中，阻流体在第二方向上的间隔为L6，当阻流体在在第二方向上的间隔L5=2*L6时，阻流体的扰流作用比较好，且对换热介质的阻力较小。

在一些实施例中，第n+1列的阻流体位于第n列两个相邻阻流体之间，列方向为第二方向。

在本申请实施例的技术方案中，交错排布的阻流体相比顺位排布的阻流体能为换热介质提供更好的扰流效果。

在一些实施例中，阻流体相对沿第一方向延伸的轴线对称设置，采用对称翼型设计。

在本申请实施例的技术方案中，对称翼型设计的阻流体因为其对称的流线形外表，能在增大扰流效果的同时降低对换热介质产生的阻力。

在一些实施例中，阻流体的弦长为L7，L7=2.8*d1，阻流体的厚度为L8，L8=0.6*d1，阻流体的最大宽度位于弦长30%-40%处，阻流体的高度为h，h=2*d1。

在本申请实施例的技术方案中，当阻流体的弦长L7=2.8*d1，阻流体的厚度L8=0.6*d1，阻流体的最大宽度位于弦长30%-40%处，阻流体的高度h=2*d1时，阻流体的扰流效果比较好。

第二方面，本申请提供了一种换热芯体，包括上述任一第一方面实施例的换热部件。

第三方面，本申请提供了一种换热装置，包括上述第二方面的换热芯体。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例在换热区前增设流量分配区，流量分配区包括至少一条第二流道，第二流道为弯折流道，且弯折流道的弯折角度θ不小于60°，当第二流道为弯折流道时，能通过流道壁的弯折给经过该弯折流道壁的介质增加在第二方向的速度，当θ不小于60°时，第二流道不会因为弯折角度过小，换热介质在弯折处过度堆积，造成换热介质流动困难，第二流道和第一流道的入口连接，使得换热介质能够由第二流道流入第一流道。第二流道的第二方向的尺寸d2大于第一流道的第二方向的尺寸d1，使一个第二流道能够匹配多个第一流道。至少一条第二流道内设置有至少一个阻流体，第二流道内的阻流体可以起到扰流的作用，减小流过第二流道的换热介质在第一方向上的流动速度，并为经过第二流道进入第一流道的换热介质增加在第二方向上的速度。使换热介质经过第二流道后能更均匀的分配到与第二流道相连通的多个第一流道内，达到在换热装置内部均匀分配换热介质的目的，提高换热部件的换热性能。

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为本申请实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图2为本申请图1中的一种换热部件的A处放大结构示意图；

图3为本申请另一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图4为本申请图3中的一种换热部件的B处放大结构示意图；

图5为本申请另一实施例中的一种换热部件的结构示意图；

图6为本申请图5中的一种换热部件的C处放大结构示意图；

图7为本申请实施例中一种换热部件的阻流体的结构示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1换热部件，11腔室，12换热区，121第一流道，13流量分配区，131第二流道，132阻流体。

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。

交换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

PCHE利用化学蚀刻在换热板上蚀刻出直径0.5mm-2.0mm的微细流道，使PCHE的换热面密度可以达到2500m²/m³，而目前常用的绕管式换热器和列管式换热器的传热面密度仅为120m²/m³和160m²/m³。PCHE的换热面度密度远高于紧凑式换热器满的标准，满足了高效紧凑的要求；蚀刻完成后利用扩散键合技术将换热板连接成换热器芯体，大大提高焊缝可靠性，焊缝的机械强度几乎与母材相同。

本申请发明人注意到，通常在一台PCHE中，换热部件中部分区域的换热效果比较低，尤其是边部区域的换热效果明显不如中心区域。

发明人发现，在换热部件中微流道的数量可达上万个，从进口管流入的流体工质很难均匀流入数量如此之多而位置不同的微流道内，容易出现流入边缘流道的流量过少而导致换热效能降低的现象。

基于发明人发现的上述问题，为了提升换热部件的换热效能，发明人经过深入研究，对换热部件进行了改进，本申请实施例描述的技术方案适用于换热部件以及使用换热部件的各种装置

请参照图1和图2，图1为本申请实施例中的一种换热部件1的结构示意图，图2为本申请图1中的一种换热部件1的A处放大结构示意图。

在一些可选的实施例的技术方案中，如图1和图2所示，应用于微通道紧凑式换热器的换热部件1包括用于容纳换热介质的腔室11，腔室11包括沿第一方向X并排分布的换热区12和流量分配区13。换热区12包括至少一条第一流道121；流量分配区13包括至少一条第二流道131，第二流道131为弯折流道，且第二流道的弯折角度θ不小于60°，第二流道131和第一流道121的入口连接，以使换热介质能够由第二流道131流入第一流道121，第二流道131的第二方向的尺寸d2大于第一流道121的第二方向的尺寸d1，第二方向Y与第一方向X相交，至少一条第二流道131内设置有至少一个阻流体132。

可选的，第一方向为图1中的X方向，与第一方向X相交的第二方向是Y方向。

可选的，换热部件1的材质可以是不锈钢、铜、铜合金、钛合金、陶瓷或玻璃中的任一种。

可选的，每条第二流道131内都设置有阻流体132，以使每条第二流道131内的换热介质都可以被扰流，使换热部件1的换热效能更高。

可选的，第二流道131的第二方向Y的尺寸d2不小于第一流道121的第二方向Y的尺寸d1的2倍，不会因为第二流道131第二方向Y的尺寸过小，换热介质不能获得较好的扰流效果。

可选的，第一流道121和第二流道131可以在同一工序中被刻蚀成型。

可选的，第二流道131的成型方式可以是化学刻蚀或机械加工。

可选的，第二流道131为V形、N形、S形或正弦形中的任一种，既可以通过弯折部改变换热介质流动方向，使其沿第二方向Y扩散，也不会因为弯折部设置过多，过度限制换热介质的流动性。

在这些可选的实施例中，换热部件1包括用于容纳换热介质的腔室11，腔室11包括沿第一方向X并排分布的换热区12和流量分配区13，流量分配区13包括至少一条第二流道131，第二流道131和第一流道121的入口连接，以使换热介质能够由第二流道131流入第一流道121。第二流道131为弯折流道，能通过流道壁的弯折给经过该弯折流道壁的介质增加在第二方向上的速度起到更好的均流效果，当弯折角度θ不小于60°时，第二流道131不会因为弯折角度过小，换热介质在弯折处过度堆积，造成换热介质流动困难。第二流道131的第二方向Y的尺寸d2大于第一流道121的第二方向Y的尺寸d1，使一个第二流道131能够匹配多个第一流道121。至少一条第二流道131内设置有至少一个阻流体132，第二流道131内的阻流体132可以起到扰流的作用，减小流过第二流道131的换热介质在第一方向X上的流动速度，并为经过第二流道131进入第一流道121的换热介质增加在第二方向Y上的速度。使换热介质经过第二流道131后能更均匀的分配到与第二流道131相连通的多个第一流道121内，达到在换热装置内部均匀分配换热介质的目的，提高换热部件1的换热性能。

请参照图3，图3为本申请另一实施例中的一种换热部件1的结构示意图。

在一些可选实施例的技术方案中，如图1和图3所示，流量分配区13在第二方向Y的尺寸L2不大于换热区12在第二方向Y的尺寸L1，第二方向Y与第一方向X相交。

可选的，如图1所示，流量分配区13在第二方向Y的尺寸L2等于换热区12在第二方向Y的尺寸L1，可降低换热部件1的制作工艺难度。

可选的，第二流道131在第二方向Y上的尺寸d2、流量分配区13在第二方向Y的尺寸L2和换热区12在第二方向Y的尺寸L9相等，此时，流量分配区13能最大限度的起到均流的作用。

在这些可选的实施例中，当流量分配区在第二方向Y的尺寸L2不大于换热区12在第二方向Y的尺寸L1时，即节省了制造成本，又可以对换热介质起到良好的扰流效果。

在一些可选的实施例中，如图3所示，流量分配区13在第一方向X上的延伸尺寸L3占换热区12在第一方向X上延伸尺寸L4的15%~50%。

在这些可选的实施例中，流量分配区13在第一方向X上的延伸尺寸L3占换热区12在第一方向X上延伸尺寸L4的15%~50%，既不会因为L3过短导致均流效果不好，也不会因为L3过长，导致换热部件1换热面积不足导致换热效能较低。

请参照图4，图4为本申请图3中的一种换热部件1的B处放大结构示意图。

在一些可选的实施例中，如图3和图4所示，阻流体132在流量分配区13上沿第一方向X和第二方向Y成行成列分布。

在这些可选的实施例中，阻流体132在流量分配区13上沿第一方向X和第二方向Y成行成列分布，降低了制造难度，且提高了均流效果。

在一些可选的实施例中，如图3和图4所示，相邻阻流体132沿第一方向X的间隔尺寸是阻流体132沿第一方向X延伸尺寸的0.5~5倍。

在这些可选的实施例中，当相邻阻流体132沿第一方向X的间隔尺寸是阻流体132沿第一方向X径向尺寸的0.5~5倍时，既不会因为间隔尺寸过小，导致换热介质不能很好的在流量分配区13内部沿第二方向Y流动，降低了流量再分配的效果；也不会因为间隔尺寸过大，影响其扰流效果。

在一些可选的实施例中，如图3和图4所示，相邻阻流体132沿第二方向Y的间隔尺寸L6是第一流道121管径d1的1.5~5倍。

在这些可选的实施例中，当相邻阻流体132沿第二方向Y的间隔尺寸是第一流道121的第二方向Y尺寸d1的1.5~5倍时，既不会因为间隔尺寸过小导致过度阻碍换热介质在第一方向X上的流动，也不会因为间隔尺寸过大，影响其扰流效果。

在一些可选的实施例中，如图3和图4所示，阻流体132在第二方向Y上的间隔为L6，阻流体132在第一方向X上的间隔为L5，L5=2*L6。

可选的，L6=2.6*d1。

在这些可选的实施例中，阻流体132在第二方向Y上的间隔为L6，阻流体132在第一方向X上的间隔为L5，L5=2*L6，阻流体132的扰流效果较好，且对换热介质的阻力更小。

请参阅图5和图6，图5为本申请另一实施例中的一种换热部件1的结构示意图，图6为本申请图5中的一种换热部件1的C处放大结构示意图。

在一些可选的实施例中，如图5和图6所示，第n+1列的阻流体132位于第n列两个相邻阻流体132之间，列方向为第二方向Y。

错位排列指的是，第n+1列的阻流体132位于第n列相邻两个阻流体132之间；顺位排列指的是，第n+1列和第n列，相邻的两个阻流体132中心位置连线与第二方向Y平行。

可选的，第n+1列的阻流体132位于第n列相邻两个阻流体132的中间位置，能够进一步提高阻流体132阵列的扰流效果。

请参照图7，图7为本申请实施例中一种换热部件1的阻流体132的结构示意图。

在一些可选的实施例中，如图7所示，阻流体132相对沿第一方向X延伸的轴线对称设置，采用对称翼型设计。

在这些可选的实施例中，对称翼型设计的阻流体132因为其对称的流线形外表，能在增大扰流效果的同时降低对换热介质产生的阻力。

可选的，阻流体还可以为柱体、球体、或任意二维平面图形拉伸或旋转得到的几何体。

可选的，阻流体可以为非对称翼型。

可选的，可以是NACA0009或NACA0012等NACA系列对称翼型。

在一些可选的实施例中，如图7所示，阻流体132的弦长为L7，L7=2.8*d1，阻流体132的厚度为L8，L8=0.6*d1，阻流体132的最大宽度位于弦长30%-40%处，阻流体132的高度为h，h=2*d1。

在这些可选的实施例中，当阻流体132的弦长L7=2.8*d1，阻流体132的厚度L8=0.6*d1，阻流体132的最大宽度位于弦长30%-40%处，阻流体132的高度h=2*d1时，阻流体132的扰流作用比较好，且阻流体132对换热介质的阻力更小。

本申请实施例还提供一种换热芯体，包括上述任一实施例提供的换热部件。

本申请实施例提供的换热芯体，由于采用了上述任一实施例提供的换热部件，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

本申请实施例还提供一种换热装置，包括上述实施例提供的换热芯体。

本申请实施例提供的换热装置，由于采用了上述实施例提供的换热芯体，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

根据本申请的一些实施例，如图1至图7所示，本申请提供了一种换热部件1，换热部件1包括容纳换热介质的腔室11，腔室11包括沿第一方向X并排分布的：换热区12和流量分配区13，换热区12包括至少一条第一流道121；

流量分配区13包括至少一条第二流道131，至少一条第二流道131内设置有至少一个阻流体132，第二流道131和第一流道121的入口连接，以使换热介质能够由第二流道131流入第一流道121，第二流道131的管径d2大于第一流道121的管径d1，流量分配区13在第二方向Y的尺寸L2不大于换热区12在第二方向Y的尺寸L1，第二方向Y与第一方向X相交，流量分配区13在第一方向X上的延伸尺寸L3占换热区12在第一方向X上延伸尺寸L4的15%~50%；

第n+1列的阻流体132位于第n列相邻两个阻流体132之间，阻流体132在第二方向Y上的间隔L5=2.6*d1，阻流体132在第一方向X上的间隔L5=2*L6，阻流体132采用对称翼型设计，阻流体132的弦长L7=2.8d1，阻流体132的厚度L8=0.6d1，阻流体132的最大宽度位于弦长30%-40%处，阻流体132的高度h=2*d1。

在这些实施例中，换热部件1包括用于容纳换热介质的腔室11，腔室11包括沿第一方向X并排分布的换热区12和流量分配区13，流量分配区13包括至少一条第二流道131，第二流道131和第一流道121的入口连接，以使换热介质能够由第二流道131流入第一流道121，第二流道131的管径d2大于第一流道121的管径d1，使一个第二流道131能够匹配多个第一流道121，至少一条第二流道131内设置有至少一个阻流体132，第二流道131内的阻流体132可以起到扰流的作用，为经过第二流道131进入第一流道121的换热介质增加在第二方向上的速度，使换热介质经过第二流道131后能更均匀的分配到与第二流道131相连通的多个第一流道121内。

因此，本申请实施例通过在换热区12前增设流量分配区13，达到在换热装置内部均匀分配换热介质的目的，提高了换热部件1的换热性能。

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 (10)

1.一种换热部件，应用于微通道紧凑式换热器，其特征在于，所述换热部件包括用于容纳换热介质的腔室，所述腔室包括沿第一方向并排分布的：

换热区，所述换热区包括至少一条第一流道；

流量分配区，所述流量分配区包括至少一条第二流道，所述第二流道为弯折流道，且所述第二流道的弯折角度θ不小于60°，所述第二流道和所述第一流道的入口连接，以使所述换热介质能够由所述第二流道流入所述第一流道，所述第二流道的第二方向的尺寸d2大于所述第一流道的第二方向的尺寸d1，所述第二方向与所述第一方向相交，至少一条所述第二流道内设置有至少一个阻流体，所述阻流体相对沿所述第一方向延伸的轴线对称设置，所述阻流体采用对称翼型设计，所述阻流体的弦长为L7，L7=2.8*d1，所述阻流体的厚度为L8，L8=0.6*d1，所述阻流体的最大宽度位于所述弦长30%-40%处，所述阻流体的高度为h，h=2*d1。

2.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述流量分配区在第二方向的尺寸L2不大于所述换热区在所述第二方向的尺寸L1。

3.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述流量分配区在第一方向上的延伸尺寸L3占所述换热区在所述第一方向上延伸尺寸L4的15%~50%。

4.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，所述阻流体在所述流量分配区上沿所述第一方向和所述第二方向成行成列分布。

5.根据权利要求4所述的换热部件，其特征在于，相邻所述阻流体沿第一方向的间隔尺寸是所述阻流体沿第一方向延伸尺寸的0.5~5倍。

6.根据权利要求4所述的换热部件，其特征在于，相邻所述阻流体沿第二方向的间隔尺寸是所述第一流道的第二方向尺寸d1的1.5~5倍。

7.根据权利要求4所述的换热部件，其特征在于，所述阻流体在第二方向上的间隔为L6，所述阻流体在第一方向上的间隔为L5，L5=2*L6。

8.根据权利要求1所述的换热部件，其特征在于，第n+1列的所述阻流体位于第n列两个相邻所述阻流体之间，列方向为第二方向。

9.一种换热芯体，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的换热部件。

10.一种换热装置，其特征在于，包括权利要求9所述的换热芯体。

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