CN215725352U - 一种歧管式换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种歧管式换热器，该换热器包括冷侧歧管部件、热交换夹层部件和热侧歧管部件，工作时，冷流体流经由冷侧歧管部件和热交换夹层部件构成的冷侧流体流道，热流体流经由热侧歧管部件和热交换夹层部件构成的热侧流体流道，该换热器设置有冷流体或热流体沿流体流动方向截面逐渐变窄的进液腔及多个进液通道，可以使得流体从进液口进入后，通过进液腔均匀流入多个进液通道。

Description

一种歧管式换热器

技术领域

本实用新型涉及换热器的技术领域，尤其涉及一种歧管式换热器。

背景技术

换热器也叫做热交换器，是把热量从一种介质传给另一种介质的设备，是各种工业部门最常见的通用热工设备，广泛应用于化工、能源、机械、交通、制热、空调以及航空航天等各个领域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛使用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能的主要设备。

如何提高换热器的紧凑度，以达到在单位体积上传递更多的热量，一直是换热器研发和应用的一个目标。换热技术发展的进程—从早期的大型化管壳式换热器，发展到20世纪二三十年代的以板式、板翅式为代表的紧凑式换热器，直至20世纪90年代出现的标志着微型化的通道换热器，正是体现了向这一目标的迈进。集成电路的发展，尤其是超大规模集成电路的应用，在小体积、高散热上提出了更高的要求。集成电路芯片的发热量，已从早期的几十W/cm²升高到数百W/cm²以上。设备的微型化、过程的集成化是未来科学技术的发展方向，微化工技术的出现同样要求包含微型换热器在内的微化工系统。对于直径极小的流道的散热研究及其相应的微型换热器的应用，显示了微型换热器具有承担高热负载的能力，是换热器向高紧凑度、微型化发展的重要方向。

目前已有微通道紧凑换热器，如一种用于印刷电路板的换热器芯体，其大体结构是由三层薄板组成的基本单元复合而成的，基本单元的三层薄板相互之间构成了两种不同温度流体的流动通道，然后通过中间隔板作为热传导载体，进行热量交换。

发明人在实践过程中，发现现有技术中至少存在以下缺陷：

没有对两种不同温度流体进入热交换流动通道前的流动轨迹进行要求，会导致流体进入多个热交换流动通道后不同通道间流量分配不均匀，进而影响换热器的传热效率和温度控制精度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种歧管式换热器。

本实用新型提供如下技术方案：

一种歧管式换热器，由冷侧歧管部件、热交换夹层部件和热侧歧管部件依次排列构成；所述冷侧歧管部件设置有由冷侧进液口、冷侧进液腔和多个冷侧进液通道构成的歧管式冷侧进液流道，所述热侧歧管部件设置有由热侧进液口、热侧进液腔和多个热侧进液通道构成的歧管式热侧进液流道，所述冷侧进液腔和所述热侧进液腔至少其中之一沿流体流动方向截面逐渐变窄。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述多个冷侧进液通道和所述多个热侧进液通道至少其中之一沿流体流动方向截面逐渐变窄。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧歧管部件还设置有由冷侧出液口、冷侧出液腔及多个冷侧出液通道构成的歧管式冷侧出液流道，所述热侧歧管部件设置有由热侧出液口、热侧出液腔及多个热侧出液通道构成的歧管式热侧出液流道。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧出液腔、所述热侧出液腔、所述多个冷侧出液通道、和所述多个热侧出液通道的至少其中之一沿流体流动方向截面保持不变。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧进液流道和所述冷侧出液流道互不相通，所述热侧进液流道和所述热侧出液流道互不相通。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧进液通道和所述冷侧出液通道依次间隔排列，所述热侧进液通道和所述热侧出液通道依次间隔排列。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧歧管部件和所述热侧歧管部件采用逆流流动方式装配，所述冷侧进液腔与所述热侧出液腔位置上相对应，所述冷侧出液腔与所述热侧进液腔位置上相对应。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述热交换夹层部件一侧设置有多个冷侧微通道，另一侧设置有多个热侧微通道，且所述多个冷侧微通道和所述多个热侧微通道互不相通。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，多个所述冷侧微通道依次线性排列，多个所述热侧微通道依次线性排列。

作为对所述歧管式换热器的进一步可选的方案，所述冷侧微通道和所述热侧微通道位置上相对应。

本实用新型的实施例具有如下优点：

热交换器在工作时，流体从冷侧进液口/热侧进液口流入后，由于冷侧进液腔/热侧进液腔具有沿流体流动方向截面逐渐变窄的设计，流体流量可以均匀的分布到多个冷侧进液通道/热侧进液通道。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本实用新型的立体结构图；

图2示出了本实用新型冷侧歧管部件的结构示意图；

图3示出了本实用新型热侧歧管部件的结构示意图；

图4示出了图2中P2处的局部放大示意图；

图5示出了图1中A-A方向截面示意图；

图6示出了图4中P1处的局部放大示意图；

图7示出了本实用新型另一个实施例中A-A方向截面示意图；

图8示出了图7中P3处的局部放大示意图。

主要元件符号说明：

1-冷侧歧管部件；2-热交换夹层部件；3-热侧歧管部件；11-冷侧进液口；12-冷侧进液腔；13-冷侧进液通道；14-冷侧出液通道；15-冷侧出液腔；16-冷侧出液口；21-冷侧微通道；22-热侧微通道；31-热侧进液口；32-热侧进液腔；33-热侧进液通道；34-热侧出液通道；35-热侧出液腔；36-热侧出液口；101-冷侧进液流道；102-冷侧出液流道；301-热侧进液流道；302-热侧出液流道。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在模板的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，本实施例提供一种歧管式换热器，包括冷侧歧管部件1、热交换夹层部件2和热侧歧管部件3，三个部件分别加工且都为具有凹槽的扁平矩形薄板；

本实施例中，三个部件可以通过焊接工艺进行连接，也可以通过铆接、粘接等其他工艺进行连接，歧管式换热器的形状为长方体，其整体尺寸为长30-100mm，宽20-90mm，高4-6mm，具体地，本实施例中的歧管式换热器整体尺寸为长50mm，宽40mm，高5.6mm。

优选的，本实施例中的歧管式换热器的冷侧歧管部件1、热交换夹层部件2和热侧歧管部件3材质可以选用铜、铝、不锈钢、硅等各种适宜加工且导热效果良好的材料。

请参阅图2-图4，本实施例中冷侧歧管部件1包括由冷侧进液口11、冷侧进液腔12和多个冷侧进液通道13构成的歧管式冷侧进液流道101和由多个冷侧出液通道14、冷侧出液腔15和冷侧出液口16构成的歧管式冷侧出液流道102；冷侧进液流道101和冷侧出液流道102是位于冷侧歧管部件1同一侧的凹槽，且位于冷侧歧管部件1靠近热交换夹层部件2的一面上。进一步的，冷侧进液口11是位于冷侧歧管部件1的任意一方的开口，冷侧进液腔12和冷侧进液口11连接相通，紧接着，有多个依次排列的冷侧进液通道13垂直分布于冷侧进液腔12的一侧，多个冷侧进液通道13和冷侧进液腔12连接相通，即构成了歧管式的冷侧进液流道101，冷侧出液流道102在位置上是与冷侧进液流道101绕冷侧歧管部件1的旋转中心旋转180°，多个冷侧进液通道13和多个冷侧出液通道14依次间隔排列，但在冷侧歧管部件1上并不连通。

热侧歧管部件3包括由热侧进液口31、热侧进液腔32和多个热侧进液通道33构成的歧管式热侧进液流道301和由多个热侧出液通道34、热侧出液腔35和热侧出液口36构成的歧管式热侧出液流道302；热侧进液流道301和热侧出液流道302是位于热侧歧管部件3同一侧的凹槽，进一步的，热侧进液口31是位于热侧歧管部件3的任意一方的开口，热侧进液腔32和热侧进液口31连接相通，紧接着，有多个依次排列的热侧进液通道33垂直分布于热侧进液腔32的一侧，多个热侧进液通道33和热侧进液腔32连接相通，即构成了歧管式的热侧进液流道301，热侧出液流道302在位置上是与热侧进液流道301绕热侧歧管部件3的旋转中心旋转180°，多个热侧进液通道33和多个热侧出液通道34依次间隔排列，但在热侧歧管部件3上并不连通。

冷侧歧管部件1和热侧歧管部件3为扁平长方体结构，整体尺寸为长30-100mm，宽20-90mm，高1.5-3mm，冷侧进液流道101、冷侧出液流道102、热侧进液流道301和热侧出液流动303的凹槽深度可以为0.5-2mm。

具体地，本实施例中的冷侧歧管部件1和热侧歧管部件3的整体尺寸长50mm，宽40mm，高2mm，冷侧进液流道101、冷侧出液流道102、热侧进液流道301和热侧出液流动303的凹槽深度均为1mm。

进一步的，冷侧进液腔12、多个冷侧进液通道13、热侧进液腔32和多个热侧进液通道33都是具有沿流体流动方向截面逐渐变窄的设计。

在具体地实施过程中，冷侧进液腔12、多个冷侧进液通道13、热侧进液腔32和多个热侧进液通道33在沿流体流动方向逐渐变窄的设计可以是线性的，也可以是非线性的。

具体地，本实施例中，沿流体流动方向，截面逐渐变窄为线性变化，冷侧进液腔12和热侧进液腔32的截面为矩形，流体进口侧矩形宽度为3.8mm，逐渐变窄边斜角角度为5°；冷侧进液通道13和热侧进液通道33的截面同样为矩形，矩形宽端宽度为0.6mm，矩形窄端宽度为0.3mm，这样的设计可以使流体从进液腔流入后，流体流量均匀进入多个冷侧微通道21和多个热侧微通道22。

进一步的，多个冷侧出液通道14、冷侧出液腔15、多个热侧出液通道34和热侧出液腔35都是沿流体流动方向截面保持不变，冷侧出液通道14和热侧出液通道34的截面为矩形，矩形宽度可以为0.3-1mm，冷侧出液腔15和热侧出液腔35的截面同样为矩形，矩形宽度可以为2-6mm。

具体地，本实施例中，冷侧出液通道14和热侧出液通道34的截面矩形宽度为0.6mm，冷侧出液腔15和热侧出液腔35的截面矩形宽度为3.8mm，这样的设计可以使出液通道和出液腔具有更小的流阻，保证出液顺畅。

请参阅图5-图6，本实施例中的热交换夹层部件2两侧分别刻有多个冷侧微通道21和多个热侧微通道22，热交换夹层部件2为长方体，整体尺寸可以为长30-100mm，宽20-90mm，高1-2mm，冷侧微通道21的截面为矩形，矩形宽度可以为0.1-0.4mm，矩形长度可以为0.3-1mm，每个冷侧微通道21依次线性排列，两两之间间隔可以是0.2-0.5mm；热侧微通道22的截面同样为矩形，矩形宽度可以为0.1-0.4mm，矩形长度可以为0.3-1mm，每个热侧微通道22依次线性排列，两两之间间隔可以是0.2-0.5mm。

具体地，本实施例中，热交换夹层部件2的整体尺寸为长50mm，宽40mm，高1.6mm，冷侧微通道21的截面矩形宽度为0.2mm，矩形长度为0.6mm，每个冷侧微通道21依次线性排列，两两之间间隔0.2mm；热侧微通道22的截面同样为矩形宽度为0.2mm，矩形长度为0.6mm，每个热侧微通道22依次线性排列，两两之间间隔0.2mm。

本实施例中，多个冷侧微通道21和多个热侧微通道22在热交换夹层部件2上是对称设置。在另一实施例中，参照图7-图8，多个冷侧微通道21和多个热侧微通道22可以是依次间隔排列，如此，冷侧流体和热侧流体在热交换夹层部件2具有更高的热交换效率。

本实施例中，冷侧进液流道101和冷侧出液流道102在冷侧歧管部件1上互不相通，冷侧流体从冷侧进液口11流入，通过冷侧进液腔12后，流量均匀的进入每个冷侧进液通道13，然后，冷侧流体流经冷侧微通道21后，进入相邻的两条冷侧出液通道14，每个冷侧出液通道14的冷侧流体汇流到冷侧出液腔15，由冷侧出液口16流出。

同样的，热侧进液流道301和热侧出液流道302在热侧歧管部件3上互不相通，热侧流体从热侧进液口31流入，通过热侧进液腔32后，流量均匀的进入每个热侧进液通道33，然后，热侧流体流经热侧微通道22后，进入相邻的两条热侧出液通道34，每个热侧出液通道34的热侧流体汇流到热侧出液腔35，由热侧出液口36流出。

进一步的，冷侧歧管部件1与热侧歧管部件3的装配借鉴换热器设计中的逆流流动方式，热侧进液腔32下正对冷侧出液腔15，热侧出液腔35正对冷侧进液腔12，从而提升冷、热流体的平均温差，强化换热。

本实施例中，冷侧歧管部件1和热侧歧管部件3的结构尺寸一致，热交换夹层部件2上的冷侧微通道21和热侧微通道22的结构尺寸也完全对称，所以当冷侧流体和热侧流体的工质一样时，可实现两侧流体的充分换热，作为高效回热器使用。

对于上述技术方案，可以根据流体的不同工质及工作需求不同，作以下的扩展或改进：

冷侧歧管部件1中的冷侧进液腔12渐窄角度及凹槽深度、冷侧进液通道13渐窄角度及凹槽深度、冷侧出液腔15的凹槽深度及宽度、冷侧出液通道14的凹槽深度及宽度等尺寸，和热侧歧管部件3中的热侧进液腔32渐窄角度及凹槽深度、热侧进液通道33渐窄角度及凹槽深度、热侧出液腔35的凹槽深度及宽度、热侧出液通道34的凹槽深度及宽度等尺寸可以根据不同流体工质的流体力学参数进行调整优化，提升换热器在选择不同流体工质下的性能。

热交换夹层部件2上的冷侧微通道21和热侧微通道22，其截面截面形状、通道宽度、间隔、深度以及相对位置也可以根据不同流体工质的流体力学参数进行调整优化，提升换热器在选择不同流体工质下的性能。

特别的，通过调整冷侧歧管部件1和热侧歧管部件3上进液通道和出液通道的深度、宽度或者数量，可实现不同的换热功效，如：若冷侧歧管部件1上的冷侧进液通道13和冷侧出液通道14与热侧歧管部件3上的热侧进液通道33和热侧出液通道34的深度、宽度及数量完全相同，则可实现两侧流体的充分换热，可作为高效回热器使用；若冷侧歧管部件1上的冷侧进液通道13和冷侧出液通道14与热侧歧管部件3上的热侧进液通道33和热侧出液通道34的深度、宽度相同，但是前者的总数量多于后者的总数量，则可作为良好的蒸汽冷凝器使用。

另外，该换热器适用于需要大功率、小体积、紧凑式换热器的设备，比如便携式冰箱，及飞机、航天上需要大功率换热的设备。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种歧管式换热器，其特征在于，所述歧管式换热器由冷侧歧管部件、热交换夹层部件和热侧歧管部件依次排列构成；

所述冷侧歧管部件设置有由冷侧进液口、冷侧进液腔和多个冷侧进液通道构成的歧管式冷侧进液流道，所述热侧歧管部件设置有由热侧进液口、热侧进液腔和多个热侧进液通道构成的歧管式热侧进液流道；

所述冷侧进液腔和所述热侧进液腔至少其中之一沿流体流动方向截面逐渐变窄。

2.根据权利要求1所述的歧管式换热器，其特征在于，所述多个冷侧进液通道和所述多个热侧进液通道至少其中之一沿流体流动方向截面逐渐变窄。

3.根据权利要求1所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧歧管部件还设置有由冷侧出液口、冷侧出液腔及多个冷侧出液通道构成的歧管式冷侧出液流道，所述热侧歧管部件设置有由热侧出液口、热侧出液腔及多个热侧出液通道构成的歧管式热侧出液流道。

4.根据权利要求3所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧出液腔、所述热侧出液腔、所述多个冷侧出液通道、和所述多个热侧出液通道的至少其中之一沿流体流动方向截面保持不变。

5.根据权利要求3所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧进液流道和所述冷侧出液流道互不相通，所述热侧进液流道和所述热侧出液流道互不相通。

6.根据权利要求5所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧进液通道和所述冷侧出液通道依次间隔排列，所述热侧进液通道和所述热侧出液通道依次间隔排列。

7.根据权利要求3所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧歧管部件和所述热侧歧管部件均采用逆流流动方式装配，所述冷侧进液腔与所述热侧出液腔位置上相对应，所述冷侧出液腔与所述热侧进液腔位置上相对应。

8.根据权利要求1所述的歧管式换热器，其特征在于，所述热交换夹层部件一侧设置有多个冷侧微通道，另一侧设置有多个热侧微通道，且所述多个冷侧微通道和所述多个热侧微通道互不相通。

9.根据权利要求8所述的歧管式换热器，其特征在于，多个所述冷侧微通道依次线性排列，多个所述热侧微通道依次线性排列。

10.根据权利要求9所述的歧管式换热器，其特征在于，所述冷侧微通道和所述热侧微通道位置上相对应。

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