CN115717842A - 一种多功能轴向连接微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能轴向连接微通道换热器，属于换热设备技术领域，换热器包括换热部件，由若干换热片、导流片和封头片按照封头片‑导流片‑换热片‑导流片‑封头片的整体顺序沿换热器轴向堆叠而成，用于完成换热器两侧流体工质沿换热器轴向流动换热；导引部件，设置在所述换热部件的端部，用于连接外部管道，输运流体工质至所述换热部件内部。本发明通过设置一种轴向连接的微通道换热器结构，可实现增大换热能力、扩大应用场景等多功能特性。

Description

一种多功能轴向连接微通道换热器

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，具体涉及一种多功能轴向连接微通道换热器。

背景技术

换热器是调配不同物流之间能量、完成热量输运的通用工艺设备，广泛应用于发电、化工、动力、冶金等大量行业中，尤其是在以超临界二氧化碳为工质的动力循环系统中，换热器对于传递、调配工质之间的能量有着重要作用。随着科技水平的不断提升，人们对核电站、火电站、航空发动机所涉及的动力系统的特殊应用场景越来越重视，缩小设备体积、提高效率、降低设备制造运行成本和自然资源消耗是换热器未来发展的方向之一。

目前常规工业领域在用的换热器主要包括管壳式换热器、套管式换热器、板式换热器、板翅式换热器等，它们不能同时满足换热比表面积大、焊接强度高、体积小的要求。近年来，随着工业制造水平的提升，以高精度化学蚀刻和真空扩散焊为工艺核心的印刷电路板式换热器逐渐走向应用阶段，其微通道尺寸小、紧凑程度高，焊接方式无焊渣、连接处强度接近母材强度，具有明显优势。然而，此类换热器的主要缺陷是，换热器的焊接是按照工质流动的平面，一层一层逐层焊接，无法在流体流动截面上采取扰流措施，属于层向连接而非轴向连接，导致其换热性能和应用场景均受限。

发明内容

为了解决现有采用层向连接的换热器存在换热性能和应用场景受限的问题，本发明提供了一种多功能轴向连接微通道换热器，本发明通过设置一种轴向连接的微通道换热器结构，可实现增大换热能力、扩大应用场景等多功能特性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多功能轴向连接微通道换热器，包括：

换热部件，由若干换热片、导流片和封头片按照封头片-导流片-换热片-导流片-封头片的整体顺序沿换热器轴向堆叠而成，用于完成换热器两侧流体工质沿换热器轴向流动换热；

导引部件，设置在所述换热部件的端部，用于连接外部管道，输运流体工质至所述换热部件内部。

作为优选实施方式，本发明的换热片用于换热器两侧流体工质之间换热，所述导流片用于引导由所述导引部件进入所述换热部件的两侧流体工质，所述封头片用于连接导引部件；

所述换热片、导流片和封头片上沿其长度方向平行设置有流道，沿宽度方向平行设置有多个流道，且不同侧流体的流道隔层布置；所述换热片上的流道由若干流道孔构成；与所述换热片相邻的导流片上的流道覆盖换热片上一层流道孔，用于将换热片流道孔流出的流体汇集；与所述封头片相邻的导流片上的不同侧流体的流道分隔开，用于不同侧流体分流输出或输入。

本发明提出的这种流道水平布置的换热结构，通过切分流动方向流道形成大量换热片，提高了换热性能，同时其能够实现流体的均匀分布，进一步提高换热性能。

作为优选实施方式，本发明的换热片上同一流体的相邻换热层之间可设置一层、两层或多层的另一种流体换热层。

作为优选实施方式，本发明的换热器截面为矩形，适合多台堆叠并联，紧凑程度高，适用于发电、化工常规应用场景。作为优选实施方式，本发明的换热片用于换热器两侧流体工质之间换热，所述导流片用于引导由所述导引部件进入所述换热部件的两侧流体工质，所述封头片用于连接导引部件；

所述换热片、导流片和封头片上沿其周向设置有环形流道，沿径向方向同心设置有多个流道，且不同侧流体的流道间隔布置；所述换热片上的环形流道由若干均匀设置的流道孔构成；与所述换热片相邻的导流片上的环形流道覆盖换热片上整个周向上的流道孔，用于将换热片上流出的流体汇集；与所述封头片相邻的导流片上的不同侧流体的环形流道分隔开，用于不同侧流体分流输出或输入。

作为优选实施方式，本发明的换热片上沿径向同心设置的多个环形流道的流道孔由内至外依次增大，可以使得同侧工质的流道孔由内向外依此增大，异侧工质的流通面积不相同，适用于比热容等物性相差较大的两种工质。

作为优选实施方式，本发明的换热器截面为圆形，采用圆柱体结构，不容易应力集中，力学强度高，容易堆叠，适用于地下、深海特殊应用场景。

作为优选实施方式，本发明的换热器还包括固定组件，所述固定组件包括固定杆和压紧螺母；

所述换热片、导流片和封头片上设置有相对应的定位孔；

所述固定杆依次穿过堆叠的换热片、导流片和封头片上的定位孔之后，在两端封头片外侧通过所述压紧螺母紧固连接。本发明通过采用可拆卸式连接方式，便于安装和拆卸，利于清理运行产生的污垢，防止堵塞，并可根据实际工况增减结构片数量，随意更改换热面积，降低了维护成本。

作为优选实施方式，本发明的换热片和导流片上还加工有放置密封条的凹槽，所述密封条通过过盈配合安装在换热片或导流片的凹槽内。

本发明通过在换热片上设置凹槽，以安装密封条，以实现换热部件内的流体密封，提高密封性能。

作为优选实施方式，本发明的若干换热片、导流片和封头片按照封头片-导流片-换热片-导流片-封头片的顺序沿换热器轴向堆叠之后，采用焊接方式一体化成型。本发明采用不可拆卸式连接方式，一体成型，减少加工时间，无需固定辅助配件，提高换热器紧凑程度。

作为优选实施方式，本发明的换热片一侧设置有凹陷槽，用于安装扰流片，所述扰流片厚度与所述凹陷槽的深度相同。本发明还可进一步在换热片间增设扰流片，其能够扰动流道孔内所有流体，能够更好的提高强化传热效果，进一步提高换热性能。

作为优选实施方式，本发明的扰流片可采用丝网或带有若干扰流孔的微小孔板。

作为优选实施方式，本发明的换热片的流道孔内增设有扰流结构。本发明通过在流道孔壁上设置扰流凸起，提高流体扰动性，从而提高传热性能。

作为优选实施方式，本发明的流道孔为半圆形、圆形或矩形；

所述扰流结构为弧形凸起、矩形凸起、水平凸起或三角凸起。

作为优选实施方式，本发明的导引部件包括封头和接管；

所述封头焊接在所述换热部件的流体进出口位置，且能够覆盖所述换热部件两侧的流道孔；

所述接管焊接在所述封头上。

作为优选实施方式，本发明的换热器能够供两种或两种以上的流体工质进行流动换热。

本发明具有如下的优点和有益效果：

（1）相较于现有层向连接的换热器结构，本发明提出了一种轴向连接换热器结构，其可采用平行布置或环形布置，根据实际需要可进行组合实现多种功能特性，其中，采用平行布置可使得同侧工质的流道孔大小相同，异侧工质的流通面积完全相同，适用于比热容等物性相近的两种工质，同时平行布置的换热器截面可优选为矩形，其适合多台堆叠并联，紧凑程度高，适用于发电、化工等常规应用场景；相较于平行布置结构，还可采用环形布置结构，环形布置使得同侧工质的流道孔大小不相同，异侧工质的流通面积不相同，适用于比热容等物性相差较大的两种工质；同时环形布置的换热器截面可优选为圆形，其不容易应力集中，力学强度高，适用于地下、深海等特殊应用场景。因此本发明实施例提出的轴向连接换热器适用性更强，应用范围更广。

（2）对于平行布置或环形布置的换热器，还可采用可拆卸式连接或不可拆卸式连接方式进行固定，其中，可拆卸式连接方式，使得换热器易拆卸，能迅速实现流道结构变化和堵塞清理，降低了紧凑换热器的维护成本，具有较强的适用性，可在能量转换系统中广泛应用，具有较好的应用前景；而不可拆卸式连接方式，无需固定辅助配件，一体成型，提高换热器紧凑程度，减少加工时间，同时能够给换热片进一步添加扰流片，大大增加换热能力。

（3）本发明可以在流道孔中附加凸起结构，作为扰流结构，以提高换热性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器总体结构示意图。

图2为图1所示的换热器爆炸图。

图3为本发明实施例的不可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器总体结构示意图。

图4为图3所示的换热器爆炸图。

图5为本发明实施例的平行布置轴向连接微通道换热器的换热片和导流片示意图。

图6为本发明实施例的平行布置轴向连接微通道换热器的封头片及封头接管组合示意图。

图7为本发明实施例的平行布置轴向连接微通道换热器的换热片和扰流片组合示意图。

图8为本发明实施例的可拆卸式环形布置轴向连接微通道换热器总体结构示意图。

图9为图8所示的换热器爆炸图。

图10为本发明实施例的不可拆卸式环形布置轴向连接微通道换热器总体结构示意图。

图11为图10所示的换热器的爆炸图。

图12为本发明实施例的环形布置轴向连接微通道换热器的换热片和导流片示意图。

图13为本发明实施例的环形布置轴向连接微通道换热器的封头片及封头接管组合示意图。

图14为本发明实施例的环形布置轴向连接微通道换热器的换热片及扰流片组合示意图。

图15为本发明实施例的流道孔上可附加扰流结构示意图。

图16为本发明实施例的组合结构片后流道孔流动情况示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-结构片，2-封头，3-接管，4-密封条，5-定位孔，6-压紧螺母，7-固定杆，8-流道孔，11-换热片，11a-换热片A，11b-换热片B，12-导流片，12a-导流片A，12b-导流片B，12c-导流片C，12d-导流片D，13-封头片，14-扰流片，8a-一次侧流体，8b-二次侧流体，a/A-一次侧流体进/出口，b/B-二次侧流体进/出口。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

针对现有采用层级连接的微通道换热器存在换热性能和应用场景的局限性，本实施例提供了一种多功能轴向连接微通道换热器，包括：

换热部件，由若干结构片沿工质流动方向堆叠而成，用于实现换热器两侧工质沿换热器轴向流动换热，且换热部件中的结构片可更换。

导引部件，设置在换热部件的端部，用于连接外部管道，输运两侧工质进入换热部件内部，且均匀地分配流量。

本发明实施例的结构片包括封头片、导流片和换热片，且按照封头片-导流片-换热片-封头片的整体顺序堆叠，其中导流片和换热片的数量以及结构类型根据实际情况确定；且各结构片上设置有流道孔。

本发明实施例的导引部件包括封头和接管。其中，封头采用但不限于氩弧焊等焊接方式连接在换热部件端部的一次侧流体进/出口和二次侧流体进/出口，接管采用但不限于氩弧焊等焊接方式连接在封头上，以实现两侧工质的导入或导出。本发明实施例可通过对封头和接管数量的设置，实现多种流体的换热。

在一种可选的实施方式中，结构片上的流道孔可以平行布置或环形布置。其中，平行布置具体为沿结构片长度方向平行布置，沿宽度方向平行设置多个流道，平行布置可以使得同侧工质的流道孔大小相同，异侧工质的流通面积完全相同，适用于比热容等物性相近的工质换热；且换热器截面可优选为但不限于矩形，适合多台堆叠并联，紧凑程度高，适用于发电、化工等常规应用场景。环形布置具体为沿结构片周向布置，其上的流道孔呈同心圆且环形布置，且不同圆环上的流道孔大小不相同，环形布置可以使得同侧工质的流道孔由内向外依次增大，异侧工质的流通面积不相同，适用于比热容等物性相差较大的工质换热；且换热器截面可优选为但不限于圆形，不容易应力集中，力学强度高，适用于地下、深海等特殊应用场景；同时圆柱体结构更容易堆叠，从而获得细长圆柱的形状，便于适用于一些特殊应用场景，例如隧道、竖井等狭长、且占地面积小的场合；同时流道布置相较于水平排布，冷热侧流道成环绕状排布，中心的一次侧流体与周围的二次侧流体之间换热更加均匀，无需进行流量分配，降低封头的设计难度。

在一种可选的实施方式中，换热器可以采用多种连接方式进行固定连接，包括：采用机械连接方式，例如，通过设置在结构片上的定位孔、压紧螺母和固定杆实现换热部件的可拆卸式连接，该连接方式便于拆卸和安装，可以清洗运行产生的污垢，防止堵塞，且可以根据实际工况增减结构片数量，随意改变换热面积；或者采用焊接连接方式，例如，通过扩散焊、钎焊等实现换热部件的不可拆卸式连接，该连接方式一体成型，减少加工时间，此外还可给换热片进一步添加扰流片，大大增加了换热能力，且无需固定辅助配件，提高换热器紧凑程度。

本发明实施例可根据实际需要，例如应用场景，工质情况等，通过对结构片的流道孔布置方式以及换热部件的固定连接方式的不同组合，可实现多种功能的轴向连接微通道换热器结构。

在一种可选的实施方式中，为了进一步提高换热能力，还可在流道孔8内附加扰流结构，如图15所示。

本发明实施例提出的换热器的工作原理为：

一次侧流体由换热部件一端的一次侧流体进口的接管进入换热部件，轴向流经换热部件后从另一端的一次侧流体出口的接管流出，二次侧流体由换热部件一端的二次侧流体进口的接管进入换热部件，均匀流入换热部件后同样沿轴向经过换热部件从另一端的二次侧流体出口的接管流出，即实现两侧流体在换热部件内轴向流动并完成换热。

实施例2

基于上述实施例1，本发明实施例提出了一种可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器结构，该换热器可通过插取结构片1实现换热器流动结构的改造和维护，便于流道结构变化和堵塞清理，降低微通道换热器的维护成本。

具体如图1-图2所示，本发明实施例提出的换热器包括结构片1、封头2、接管3以及固定组件；其中，结构片1由若干种换热片11、导流片12和封头片13构成，其中，换热片11负责两侧流体之间换热；导流片12负责引导由封头2进入换热部件的两侧流体实现两侧流体从不同封头2进入换热部件后逐渐延展至整个水平面。

另外，为了提高换热器的密封性能，不同类型的换热片11和导流片12采用化学刻蚀、机械车铣等技术获得一次侧、二次侧流道通孔以及放置密封条4的凹槽，密封条4通过过盈配合安装在换热片11或导流片12的凹槽内，将安装了密封条4的换热片11、导流片12和封头片13按照封头片13-导流片12-换热片11-导流片12-封头片13的顺序堆叠构成换热部件。密封条4采用但不限于聚四氟乙烯、铜、橡胶等变形能力强的材料。

固定组件包括设置在各结构片1上的定位孔5、压紧螺母6和固定杆7，图1-2中示出在各结构片1的四角分别设置一个定位孔5；由于封头片13、换热片11、导流片12四角对应位置加工了定位孔，使用四根固定杆7按顺序穿入各结构片1四角的定位孔，并在两端用八个压紧螺母6拧紧，从而实现对内部各结构片的挤压和固定，同时内部密封条4受到挤压而变形，实现各个换热流道层之间的密封。

本发明实施例提出的换热器容易维护和改造，仅需要拧开压紧螺母6并抽出固定杆7之后，即可以对堵塞的任意换热片11和/或导流片12进行清理和更换，实现换热器的维护；同时也可以更改换热片11和/或导流片12的数量来改变换热器的换热面积，或更改换热部件中带有扰流结构的换热片11数量以改变换热器的换热能力，实现换热器的多功能、易维护特性。

实施例3

基于上述实施例1，本发明实施例提出了一种不可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器结构，该换热器通过焊接一体成型，减少加工时间，且无需额外的固定组件，提高换热器紧凑程度。

具体如图3-图4所示，本实施例提出的换热器包括结构片1、封头2和接管3，其中，结构片1由若干种换热片11、导流片12和封头片13构成，其中，换热片11负责两侧流体之间换热；导流片12负责引导由封头2进入换热部件的两侧流体，实现两侧流体从不同封头2进入换热部件后逐渐延展至整个水平面，各结构片1按照封头片13-导流片12-换热片11-导流片12-封头片13的顺序堆叠构成换热部件。本实施例提出的换热器采用焊接固定方式，实现一体成型，无需额外的固定组件进行固定密封。

另外，为了提高换热性能，结构片1还包括扰流片14，通过在换热片11之间增设扰流片14，以扰动轴向流动的工质，大大提高换热能力，具体如图7所示，在换热片11的一侧面设置凹陷，用于安装扰流片14。

在一种可选的实施方式中，扰流片14可采用丝网或带有大量扰流孔的微小孔板等，如图7所示。其中，如果采用丝网，则丝网的孔隙率不限，网孔越大流动阻力越小但传热强化效果越差，相反则传热强化效果越好但阻力越大。扰流片14可采用但不限于钛合金、不锈钢、铁合金等易加工且导热能力强的金属材料，且不必与换热片11材料相同。

实施例4

本实施例对上述实施例2和实施例3提出的换热片11、导流片12、封头片13、封头2和接管3的结构类型和组合方式进行了进一步优化设计。

本发明实施例的换热器截面优选为矩形。

本发明实施例的换热片11、导流片12和封头片13上均设置有沿其长度方向和宽度方向平行布置的流道，其中，换热片11上沿其长度方向的每层流道由若干流道孔构成，沿宽度方向设置有多层流道，且不同流体的流道交错排布；导流片12和封头片13上的流道沿其长度方向为层状结构，沿宽度方向设置有多层流道，且不同流体的流道交错排布，另外，封头片13与与之相邻的导流片12上的同侧流体的流道对应设置，且不同侧流体的流道在长度方向上不重叠，不同侧流体的流道需在长度方向分隔开，以便与相对应的封头和接管相匹配。

在一种可选的实施方式中，换热片11可采用多种结构形状，例如，可以在不同侧流道孔上附加不同的扰流结构，从而形成如图5所示的两种结构，即换热片A11a和换热片B11b。需要说明的是，图5仅为一种示例性说明，但不对此进行限制，即可根据实际需要加工不同换热片结构。且换热片11上附加扰流结构的流道孔形状可以包括多种样式，例如弧形突起、矩形凸起、水平凸起或三角凸起等，同时，流道孔的基本形状包括半圆形、圆形或矩形等几何形状。

在一种可选的实施方式中，导流片12可以采用不同的结构，图5给出了四种导流片结构，即导流片A 12a、导流片B 12b、导流片C 12c和导流片D12d，其中，导流片A12a、导流片B12b、导流片C12c和导流片D12d的流道面积沿长度方向逐渐减小，导流片A12a的流道覆盖面积最大，其用于将换热片11流出的流体汇集到一起，导流片B12b、导流片C12c和导流片D12d依次缩减流道，导流片D12d用于将不同侧流体分流使其从封头片13上对应流道、封头和接管流出；同理，流体流入时，流体从封头片13的流道流入，经由流道片D12d、导流片C12c、导流片B12b和导流片A12a逐渐延展至整个水平面。

本实施例将图5所示的多种换热片11和导流片12按照图16所示顺序排列，一侧流体的流动结构如图16所示，将图5所示的两种换热片（即换热片A11a和换热片B11b）交替堆叠，流体在流道内会发生重复扰动，进而提高换热能力，从换热片11流出的流体通过导流片A12a汇集成一层，然后通过导流片B12b、导流片C12c和导流片D12d收缩流道（即最外层导流片D12d上的流道收缩至与封头片13上对应流道口相对应），从而使流体从对应流体接口流出。需要说明的是，采用图5所示的4个导流片仅是一种实施例性说明，并不对此限制，只要保证从换热片11流出的流体汇集后再通过流道收缩至对应封头片13的流道口流出或从封头片13流入的流体经导流片12流道扩展至整个平面后流入换热片11即可，导流片12的具体结构和数量可根据实际情况确定。

在一种可选的实施方式中，换热片11上流道孔除了图16所示的直线通孔之外，还可以包括斜向、弧形等形状的通孔，以实现不同流动路径。

在一种可选的实施方式中，换热片11上同一种流体的相邻换热层之间可包括一层、两层或多层的另一种流体换热层（图5所示为同一流体的相邻换热层之间设置一层另一种流体换热层）。

在一种可选的实施方式中，导流片12的厚度在2-10mm范围左右，其长度和宽度不限。用于引导分流一侧流体的导流片12数量不限，可增加导流片12数量以减少流通面积沿长度的变化率。

本发明实施例的封头片13采用但不限于机械加工的方式获得与导流片12上流道区域相对应的流道，作为流体进出口，具体如图6所示。图6所示在封头片13上加工与图5所示的导流片D12d上的流道对应的流道，作为一次侧流体8a进出口a/A和二次侧流体8b进出口b/B，且图6所示仅用于示例性说明，但不对此进行限制。封头2通过氩弧焊等焊接方式连接在封头片13的流体进出口上，接管3焊接在封头2上。

在一种可选的实施方式中，封头2需要完全覆盖封头片13上两侧流体进出口，封头2的形状可采用但不限于半圆柱形，封头2的弧形面正中位置开孔，并焊接上接管3，最后将其焊接到封头片13上。

在一种可选的实施方式中，换热器可供两种或两种以上的工质进行流动换热，即通过增加封头数量以及改变换热部件上流道孔的布置。

在一种可选的实施方式中，结构片1采用但不限于钛合金、铁合金、不锈钢等导热能力强的金属材料。

在一种可选的实施方式中，流体工质可采用但不限于水、油、乙醇等液体，二氧化碳、氮气、空气等气体。

相较于现有层向连接的换热器；本发明实施例通过切分流动方向流道形成若干换热组件，实现轴向连接微通道换热器结构，其既可以快速实现流道结构变化和堵塞清理（采用可拆卸式结构时），从而降低了换热器的维护成本，具有较强的适用性；同时也可以通过增设扰流片，大大增加换热性能（采用不可拆卸式结构时）；另外，矩形截面换热器，适合多台堆叠并联，紧凑程度高，适用于发电、化工等常规应用场景。

实施例5

基于上述实施例1，本实施例提出了一种可拆卸式环形布置轴向连接微通道换热器，如图8-图9所示，该换热器与实施例2提出的可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器结构类似，其区别仅在于：本发明实施例提出的换热器是在其结构片1上沿其周向设置环形流道，同时换热器截面可优选为圆形。其中，换热片11上的环形流道由沿周向均匀设置的若干流道孔构成，且沿径向设置有多个环形流道，且多个环形流道为同心圆环，且不同侧流体的流道交错布置，且不同环形流道上的流道孔大小不相同；导流片上的环形流道为扇形环状流道，需要说明的是，此处扇形环状流道既可以是90°扇形、180°扇形等也可以是360°扇形，即整个圆环；封头片13上设置的环形流道为扇形环状结构，其与相邻的导流片上的流道相对应。

本发明实施例的换热器中的结构片1的材料、封头2、接管3、密封条以及固定组件的结构、功能和材料等与实施例2中所述相同，此处不再过多赘述。

相较于实施例2提出的换热器，本发明实施例提出的换热器不仅具有容易维护、便于改造等优点，同时本发明实施例提出的换热器的环形流道使得同侧工质的流道孔由内向外依次增大，异侧工质的流通面积不相同，适用于比热容等物性相差较大的两种工质；另外，换热器截面可优选为圆形，不容易应力集中，力学强度强，适用于地下、深海特殊应用场景。

实施例6

基于上述实施例1，本实施例提出了一种不可拆卸式环形布置轴向连接微通道换热器，如图10-图11所示，该换热器与实施例3提出的不可拆卸式平行布置轴向连接微通道换热器结构类似，其区别仅在于：本发明实施例提出的换热器是在其结构片1上沿其周向设置环形流道，同时换热器截面可优选为圆形。其中，换热片11上的环形流道由沿周向均匀设置的若干流道孔构成，且沿径向设置有多个环形流道，且多个环形流道为同心圆环，且不同侧流体的流道交错布置，且不同环形流道上的流道孔大小不相同；导流片上的环形流道为扇形环状流道，需要说明的是，此处扇形环状流道既可以是90°扇形、180°扇形等也可以是360°扇形，即整个圆环；封头片13上设置的环形流道为扇形环状结构，其与相邻的导流片上的流道相对应。

本发明实施例的换热器中的结构片1的材料，封头2、接管3和扰流片14（如图14所示）的结构、功能和材料，以及焊接连接方式等与实施例3中所述相同，此处不再过多赘述。

相较于实施例3提出的换热器，本发明实施例提出的换热器不仅具有无需额外的固定组件，换热器结构紧凑程度高，换热性能强等优点，同时本发明实施例提出的换热器的环形流道使得同侧工质的流道孔由内向外依次增大，异侧工质的流通面积不相同，适用于比热容等物性相差较大的两种工质；另外，换热器截面可优选为圆形，不容易应力集中，力学强度强，适用于地下、深海特殊应用场景。

实施例7

本实施例对上述实施例5和实施例6的换热片11、导流片、封头片13、封头2、接管3进行了进一步优化设计。

本发明实施例的换热片11有多种结构形状，例如，可以在不同侧环形流道孔上附加不同的扰流结构，从而形成如图12所示的两种结构，即换热片A11a和换热片B11b。其中，换热片11沿径向设置有多个环形流道，且每个环形流道由若干流道孔周向均匀设置构成，不同侧的环形流道交错布置，同时沿径向的多个环形流道的流道孔由内至外依次增大。需要说明的是，图12仅为一种示例性说明，但不对此进行限制，即可根据实际需要加工不同换热片结构。

本发明实施例的导流片可以采用不同的结构，如图12-图13所示，其中，导流片A12a上设置的环形流道覆盖导流片整个周向，其将换热片11的流道孔流出的流体汇集到一起，然后依次经过导流片B12b、导流片C12c和导流片D12d的流道收缩，从而使得不同侧流体对应的流道沿周向收缩分隔开（即不同侧流体对应的流道沿周向无重叠），与封头片13上设置的流道相对应，便于不同侧流体经由封头片13上的流道、封头和接管流出或流入。需要说明的是，图12给出的四种导流片结构仅用于示例性说明，但不对此进行限制。本发明实施例可根据实际情况，采用其他结构排布的导流片，仅需保证经封头片13的流道流入后由导流片延展至整个周向，再经换热片11进行换热或从换热片11的流道流出的流体经导流片流道收缩，从而将不同侧流体进行分流输出。

本发明实施例的封头片13上设置有与其相邻的导流片上的流道相对应的流道，具体如图13所示，在封头片13上加工与图12所示的导流片D12d上的流道对应的流道，作为一次侧流体8a进出口a/A和二次侧流体8b进出口b/B。接管3为常规圆管，尺寸大小由该换热器与外界连接设备尺寸而定；两侧的封头2需要覆盖封头片13两侧的流道，且一次侧流体进/出口a/A和二次侧流体进/出口b/B的封头2可采用但不限于为半圆柱形，二次侧流体进出口b/B的封头的高度低于一次侧流体进/出口a/A的封头高度。需要说明的是，图13所示仅用于示例性说明，但不对此进行限制。封头2通过氩弧焊等焊接方式连接在封头片13的流体进出口上，接管3焊接在封头2上。

图13所示以两种流体工质进行热交换为例进行示例性说明，但不对此进行限制。即可根据实际需要设置三种、四种等更多数量的流体工质进行热交换，当工质流体数量增加使，只需要增加封头片13两端的流道孔数量以及封头接管数量即可。

图13所示以一次侧接管连接在其对应封头端面，二次侧接管连接在其对应封头端面且每个封头上连接一个接管为例进行示例性说明，但不对接管连接位置和连接数量进行限制。即可根据实际需要，将接管连接在包括封头端面、侧面等任何易于连接的位置处，且一个封头上的接管数量不限，可连接一个或一个以上接管。

在一种可选的实施方式中，结构片1采用但不限于钛合金、铁合金、不锈钢等导热能力强的金属材料。

在一种可选的实施方式中，流体工质可采用但不限于水、油、乙醇等液体，二氧化碳、氮气、空气等气体。

相较于现有层向连接的换热器；本发明实施例通过切分流动方向流道形成若干换热组件，实现轴向连接微通道换热器结构，其既可以快速实现流道结构变化和堵塞清理（采用可拆卸式结构时），从而降低了换热器的维护成本，具有较强的适用性；同时也可以通过增设扰流片，大大增加换热性能（采用不可拆卸式结构时）；另外，圆形截面换热器，不容易应力集中，力学强度高，适用于地下、深海等特殊应用场景。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，包括：

换热部件，由若干换热片、导流片和封头片按照封头片-导流片-换热片-导流片-封头片的整体顺序沿换热器轴向堆叠而成，用于完成换热器两侧流体工质沿换热器轴向流动换热；

导引部件，设置在所述换热部件的端部，用于连接外部管道，输运流体工质至所述换热部件内部。

2.根据权利要求1所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，

所述换热片用于换热器两侧流体工质之间换热，所述导流片用于引导由所述导引部件进入所述换热部件的两侧流体工质，所述封头片用于连接导引部件；

所述换热片、导流片和封头片上沿其长度方向平行设置有流道，沿宽度方向平行设置有多个流道，且不同侧流体的流道隔层布置；所述换热片上的流道由若干流道孔构成；与所述换热片相邻的导流片上的流道覆盖换热片上一层流道孔，用于将换热片流道孔流出的流体汇集；与所述封头片相邻的导流片上的不同侧流体的流道分隔开，用于不同侧流体分流输出或输入。

3.根据权利要求2所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热片上同一流体的相邻换热层之间可设置一层、两层或多层的另一种流体换热层。

4.根据权利要求2所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热器截面为矩形。

5.根据权利要求1所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，

所述换热片用于换热器两侧流体工质之间换热，所述导流片用于引导由所述导引部件进入所述换热部件的两侧流体工质，所述封头片用于连接导引部件；

所述换热片、导流片和封头片上沿其周向设置有环形流道，沿径向方向同心设置有多个流道，且不同侧流体的流道间隔布置；所述换热片上的环形流道由若干均匀设置的流道孔构成；与所述换热片相邻的导流片上的环形流道覆盖换热片上整个周向上的流道孔，用于将换热片上流出的流体汇集；与所述封头片相邻的导流片上的不同侧流体的环形流道分隔开，用于不同侧流体分流输出或输入。

6.根据权利要求5所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热片上沿径向同心设置的多个环形流道的流道孔由内至外依次增大。

7.根据权利要求5所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热器截面为圆形。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，还包括固定组件，所述固定组件包括固定杆和压紧螺母；

所述换热片、导流片和封头片上设置有相对应的定位孔；

所述固定杆依次穿过堆叠的换热片、导流片和封头片上的定位孔之后，在两端封头片外侧通过所述压紧螺母紧固连接。

9.根据权利要求8所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热片和导流片上还加工有放置密封条的凹槽，所述密封条通过过盈配合安装在换热片或导流片的凹槽内。

10.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，若干换热片、导流片和封头片按照封头片-导流片-换热片-导流片-封头片的顺序沿换热器轴向堆叠之后，采用焊接方式一体化成型。

11.根据权利要求10所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热片一侧设置有凹陷槽，用于安装扰流片，所述扰流片厚度与所述凹陷槽的深度相同。

12.根据权利要求11所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述扰流片可采用丝网或带有若干扰流孔的微小孔板。

13.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述换热片的流道孔内增设有扰流结构。

14.根据权利要求13所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述流道孔为半圆形、圆形或矩形；

所述扰流结构为弧形凸起、矩形凸起、水平凸起或三角凸起。

15.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，所述导引部件包括封头和接管；

所述封头焊接在所述换热部件的流体进出口位置，且能够覆盖所述换热部件两侧的流道；

所述接管焊接在所述封头上。

16.根据权利要求1-7任一项所述的一种多功能轴向连接微通道换热器，其特征在于，该换热器能够供两种或两种以上的流体工质进行流动换热。

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