CN204923982U - 一种带三角波纹流道的微通道板式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，包括通道板、隔层板、夹紧板、热流体进出口、冷流体进出口和集液孔通道；所述通道板两侧设有隔层板，通道板和隔层板交替层叠压紧形成冷热流体换热通道，隔层板上开有流体分布通道，冷热流体换热通道与流体分布通道相连通，所述通道板的四个角上都设有集液孔通道；所述通道板和隔层板外侧设有夹紧板，夹紧板上设有热流体进出口和冷流体进出口，热流体进出口和冷流体进出口分别与集液孔通道相连接。本实用新型尺寸小、结构紧凑、单位体积传热面积大、换热效率高热损失少、安装清洗方便、使用寿命长、无焊接热阻，适用于高密度电子器件、精密仪器的冷却散热部件以及微电子机械系统中。

Description

一种带三角波纹流道的微通道板式换热器

【技术领域】

本实用新型涉及微通道换热器的技术领域，特别是带三角波纹流道的微通道板式换热器的技术领域。

【背景技术】

微通道换热器与传统换热器相比具有结构紧凑、重量轻、换热效率高、运行安全、可靠性高等众多优点，能够满足空间狭小、结构紧凑的要求，广泛的应用于各种场合。现阶段微型产品的迅猛发展同时带来了微尺度换热的问题，例如，在微电子行业的迅猛发展中，电子元器件的散热性能的改进成为阻碍其性能发展亟待解决的问题。微通道换热器按外形尺寸可分为微型微通道换热器和大尺度微通道换热器。微型微通道换热器是为了满足电子工业发展的需要而设计的一类结构紧凑、轻巧、高效的换热器，其结构形式有平板错流式微型换热器、烧结网式多孔微型换热器；大尺度微通道换热器主要应用于传统的工业制冷、余热利用、汽车空调、家用空调、热泵热水器等，其结构形式有平行流管式散热器和三维错流式散热器，微通道板式换热器属于前一种微型微通道换热器。

微通道换热器与传统换热器界限是根据流动通道的水力直径大小来划分的。流体通道的水力直径在0.1-1mm范围内的换热器称为微通道换热器。在微观尺度范围设计制造换热器面临一系列的问题，首先，加工工艺的精确度比传统换热器的加工精度要求高；其次，加工工艺上也需要进行相应的改进。例如，传统的焊接工艺不能满足微观尺度上的连接要求，所以需要对其进行改进或者减少焊接工艺在微通道换热器制造过程中的应用。本实用新型采用的是板式换热的换热板层叠法，其核心部件的连接和装配过程中不需要进行焊接，很好的避免了焊接工艺带来的泄露、焊透以及焊接腐蚀等一系列弊端。

【实用新型内容】

本实用新型的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，换热原件是金属冷冲压板，冲孔作为冷热流体的流道，在该种换热器内部无焊接接头，解决了焊接带来的一系列热阻和流阻的问题，微通道的设计增大了换热器的换热面积，从而使其换热效率也得到提高。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，包括通道板、隔层板、夹紧板、热流体进出口、冷流体进出口和集液孔通道；所述通道板两侧设有隔层板，通道板和隔层板交替层叠压紧形成冷热流体换热通道，隔层板上开有流体分布通道，冷热流体换热通道与流体分布通道相连通，所述通道板的四个角上都设有集液孔通道；所述通道板和隔层板外侧设有夹紧板，夹紧板上设有热流体进出口和冷流体进出口，热流体进出口和冷流体进出口分别与集液孔通道相连接；所述集液孔通道包括热流体集液孔通道和冷流体集液孔通道，热流体集液孔通道与热流体进出口相连通，冷流体集液孔通道与冷流体进出口相连通。

作为优选，所述冷热流体换热通道内部分隔有隔层板，相邻的两个通道板旋转90度角放置，通道板内部设有流体通孔。

作为优选，所述通道板上设有“三角波纹”型流道，流道沿着通道板的对角方向设置。

作为优选，所述通道板的厚度与流道的高度相对应，通道板的厚度比隔层板的厚度大。

作为优选，所述流道的高度为400～800μm，流道的宽度为500～3000μm，冷热流体换热通道的水力直径为0.1～0.8mm。

作为优选，所述集液孔通道的形状为半圆型，隔层板也开有集液孔通道，集液孔通道位于隔层板的一对对角线上，流体分布通道位于隔层板的另一对角线上。

作为优选，所述通道板、隔层板和夹紧板上分别在四个角上设有定位孔。

作为优选，所述热流体进出口包括热流体进口和热流体出口，冷流体进出口包括冷流体进口和冷流体出口，夹紧板的一侧设有热流体进口和冷流体进口，夹紧板的另一侧的设有热流体出口和冷流体出口，热流体进出口和冷流体进出口为对角反方向设置。

作为优选，所述夹紧板上安装有钢管和流体出口管，夹紧板四个角处装有夹紧装置，夹紧装置为螺栓夹持装置。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、结合了微通道换热器和板式换热器两者的优点，一方面具有较高的换热效率；另一方面本实用新型设计的微通道换热器内部无焊接工艺，极大的简节约了加工成本，提高了生产效率。

2、装配过程中不需要使用焊接等比较复杂且技术要求高的工艺进行装配，所以降低了生产难度，提高了生产效率，降低生产强度。

3、每个换热板之间的密封是依靠在夹紧力的作用下，换热板上下表面之间的金属-金属密封，该类型的密封耐压性能好，且密封只要求换热板的上下表面具有较小的粗糙度，该种密封不需要特殊的密封结构，节省了生产成本。

4、微型换热通道的水力直径设为0.1～1mm，所述微型换热通道的内径尺寸小，可进一步强化该换热器流体的换热性能。

5、冷热流体的进出口管件使用焊接的方式连接在夹紧板上，解决了进出口圆管与平板连接的问题，由于所述的微通道换热器的内流动阻力较大，压降较高，导致流体速度不高，所以进出口圆管与压紧板的焊接连接并不会对冷热流体流动产生较大影响。

6、“三角波纹”型换热通道的应用，使得换热通道长度增加，扩大了单流道的换热面积，使得冷热流体的接触换热面积增大，换热时间增长，从而提高了换热效率。另外，“三角波纹”型换热通道使得内部流体流动方向发生转变，从而使流体换热发生扰动，温度分布趋向均匀，有利于换热的进行。

本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。

【附图说明】

图1是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的立体示意图；

图2是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的通道板示意图；

图3是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的隔层板示意图；

图4是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的夹紧板示意图；

图5是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的通道板尺寸示意图；

图6是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的隔层板尺寸示意图；

图7是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的夹紧板尺寸示意图；

图8是本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器的夹紧装置示意图。

图中：1-通道板、2-隔层板、3-夹紧板、4-热流体进出口、5-冷流体进出口、6-定位孔、7-冷热流体换热通道、8-集液孔流道、9-流体分布通道。

【具体实施方式】

参阅图1～图8，本实用新型，包括通道板1、隔层板2、夹紧板3、热流体进出口4、冷流体进出口5和集液孔通道8；所述通道板1两侧设有隔层板2，通道板1和隔层板2交替层叠压紧形成冷热流体换热通道7，隔层板2上开有流体分布通道9，冷热流体换热通道7与流体分布通道9相连通，所述通道板1的四个角上都设有集液孔通道8；所述通道板1和隔层板2外侧设有夹紧板3，夹紧板3上设有热流体进出口4和冷流体进出口5，热流体进出口4和冷流体进出口5分别与集液孔通道8相连接；所述集液孔通道8包括热流体集液孔通道和冷流体集液孔通道，热流体集液孔通道与热流体进出口4相连通，冷流体集液孔通道与冷流体进出口5相连通。

所述冷热流体换热通道7内部分隔有隔层板2，相邻的两个通道板1旋转90度角放置，通道板1内部设有流体通孔。所述通道板1上设有“三角波纹”型流道，流道沿着通道板1的对角方向设置。所述通道板1的厚度与流道的高度相对应，通道板1的厚度比隔层板2的厚度大。所述流道的高度为400～800μm，流道的宽度为500～3000μm，冷热流体换热通道7的水力直径为0.1～0.8mm。集液孔通道8的形状为半圆型，隔层板2也开有集液孔通道8，集液孔通道8位于隔层板2的一对对角线上，流体分布通道9位于隔层板2的另一对角线上。所述通道板1、隔层板2和夹紧板3上分别在四个角上设有定位孔6。所述热流体进出口4包括热流体进口和热流体出口，冷流体进出口5包括冷流体进口和冷流体出口，夹紧板3的一侧设有热流体进口和冷流体进口，夹紧板3的另一侧的设有热流体出口和冷流体出口，热流体进出口4和冷流体进出口5为对角反方向设置。所述夹紧板3上安装有钢管和流体出口管，夹紧板3四个角处装有夹紧装置，夹紧装置为螺栓夹持装置。

本实用新型工作过程：

本实用新型一种带三角波纹流道的微通道板式换热器在工作过程中，选择三角波纹型的微通道结构，一方面延长了换热通道的长度，使得冷热流体进行充分的换热；另一方面可以通过流动方向的突然改变，使流体内部温度趋于均匀化。微通道的内腔横截面设计为矩形，微通道的尺寸为：宽S4为3mm，高0.5mm(即通道板的厚度)，所以其水力直径为0.86mm。

如图5为通道板1的尺寸示意图，所述的微换热通道的内径尺寸较小，可进一步提高换热器的换热系数。除功能结构外，还在四个角上冲压了定位孔6，以便于设备进行装配，定位孔6的直径为3mm，定位孔6的中心距通道板的两边距离S9、S10为15mm。在本实施案例中的通道板的优选尺寸为：通道宽度为3mm，间隔为4mm。通道两端的垂直距离S6为74mm，三角波纹通道的折线段的直线长度S5为8mm。

如图3所示，本实施案例中的隔层板2，其中的一对对角位置冲有流体集液孔8，其中集液孔8堆叠形成集液通道。另一对角位置冲有流体分布通道9，用于将冷热流体分布到每个通道中去，进行热量交换。除了以上结构外，在隔层板的四个角上还设计了四个定位孔6，以便于后续安装的高效顺利进行。图6为隔层板2的尺寸示意图，集液孔8为半径15mm的半圆，流体分布通道9是在集液孔8的基础上进行扩边，R2的尺寸为45mm，对角位置的两个流体分布通道9的距离S3为69mm。

如图4所示，夹紧板3四个角上也分别冲有定位孔6，在同一块夹紧板3上有两个热流体进出口4或者冷流体进出口5，即流体从夹紧板3一侧进入，并从夹紧板3的同一侧另一出口流出。夹紧板3的尺寸示意图如图7所示，夹紧板3中所述的冷热流体进出口4、5的内径为10mm，外径为13mm，高度为20mm，冷热流体进出口4、5的中心分别距离夹紧板两边距离S7、S8为15mm。

图8中，采用的压紧方式为螺栓四角压紧，通过两侧的夹紧板传递压紧力。

本实用新型，由于该换热器由两种换热板叠置安装组成，两种换热板可分别通过冲压工艺制成，且安装操作简单易行。通道尺寸在微米级别，其内部流体流动基本处于缓慢层流状态，所以对流换热较传统换热器并不占优势。利用其单位体积换热面积大和提高其导热性能来提升其换热性能。重量轻、结构紧凑尺寸小、单位体积的传热面积大、换热效率高热损失少、安装清洗方便、空间需求少、使用寿命长、无焊接热阻。可以适用于高密度电子器件、飞机和宇宙飞船、精密仪器的冷却散热部件以及微电子机械系统的传热中。单位体积换热面积较大，可以很大程度上减少换热设备的体积。换热原件是金属冷冲压板，冲孔作为冷热流体的流道，在该种换热器内部无焊接接头，解决了焊接带来的一系列热阻和流阻的问题，微通道的设计增大了换热器的换热面积，从而使其换热效率也得到提高。

上述实施例是对本实用新型的说明，不是对本实用新型的限定，任何对本实用新型简单变换后的方案均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：包括通道板(1)、隔层板(2)、夹紧板(3)、热流体进出口(4)、冷流体进出口(5)和集液孔通道(8)；所述通道板(1)两侧设有隔层板(2)，通道板(1)和隔层板(2)交替层叠压紧形成冷热流体换热通道(7)，隔层板(2)上开有流体分布通道(9)，冷热流体换热通道(7)与流体分布通道(9)相连通，所述通道板(1)的四个角上都设有集液孔通道(8)；所述通道板(1)和隔层板(2)外侧设有夹紧板(3)，夹紧板(3)上设有热流体进出口(4)和冷流体进出口(5)，热流体进出口(4)和冷流体进出口(5)分别与集液孔通道(8)相连接；所述集液孔通道(8)包括热流体集液孔通道和冷流体集液孔通道，热流体集液孔通道与热流体进出口(4)相连通，冷流体集液孔通道与冷流体进出口(5)相连通。

2.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述冷热流体换热通道(7)内部分隔有隔层板(2)，相邻的两个通道板(1)旋转90度角放置，通道板(1)内部设有流体通孔。

3.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述通道板(1)上设有“三角波纹”型流道，流道沿着通道板(1)的对角方向设置。

4.如权利要求3所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述通道板(1)的厚度与流道的高度相对应，通道板(1)的厚度比隔层板(2)的厚度大。

5.如权利要求4所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述流道的高度为400～800μm，流道的宽度为500～3000μm，冷热流体换热通道(7)的水力直径为0.1～0.8mm。

6.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述集液孔通道(8)的形状为半圆型，隔层板(2)也开有集液孔通道(8)，集液孔通道(8)位于隔层板(2)的一对对角线上，流体分布通道(9)位于隔层板(2)的另一对角线上。

7.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述通道板(1)、隔层板(2)和夹紧板(3)上分别在四个角上设有定位孔(6)。

8.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述热流体进出口(4)包括热流体进口和热流体出口，冷流体进出口(5)包括冷流体进口和冷流体出口，夹紧板(3)的一侧设有热流体进口和冷流体进口，夹紧板(3)的另一侧的设有热流体出口和冷流体出口，热流体进出口(4)和冷流体进出口(5)为对角反方向设置。

9.如权利要求1所述的一种带三角波纹流道的微通道板式换热器，其特征在于：所述夹紧板(3)上安装有钢管和流体出口管，夹紧板(3)四个角处装有夹紧装置，夹紧装置为螺栓夹持装置。