[发明专利]一种基于3D打印技术的新型印刷电路板式换热器

说明书

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的新型印刷电路板式换热器。

背景技术

随着透平机械和核能工业的蓬勃发展，系统关键设备的热负荷越来越高，换热器作为一种在能源领域广泛使用的散热设备，也面临着严峻的挑战。印刷电路板式换热器(PCHE)是一种传热性能优良，高效率的紧凑式换热器，换热板上紧密地布置有很多周期性的通道，不同种类的冷热流体(空气、氦气、水以及超临界二氧化碳等)在该半圆形截面的通道内流动，并发生换热，PCHE具有相当高的单位体积换热能力。

传统PCHE的换热板采用化学腐蚀或激光腐蚀的方式刻出换热通道，然后将各刻蚀成型的换热板叠加在一起通过真空扩散技术组成换热器。这种制备方法限制了通道形式的发展，减缓了各种新型通道的工业化，目前大量采用的是半圆形截面的Z形和S形流道，这些通道虽然形式简单，但是会产生很明显的阻力损失。另外，板片叠加方法在换热器制备过程中难免会有制造偏差，造成流体的泄露损失和额外的阻力损失，在一定程度上降低了换热器的换热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3D打印技术的新型印刷电路板式换热器。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于3D打印技术的新型印刷电路板式换热器，包括基于3D打印技术成型的换热主体，其中，

该换热主体的两端分别为第一换热器进出口段和第二换热器进出口段，第一换热器进出口段在竖直方向上开设有热流体进口通道和冷流体出口通道，第二换热器进出口段在竖直方向上开设有热流体出口通道和冷流体进口通道，换热主体的中部自下而上开设有若干层周期性换热通道，一部分周期性换热通道与热流体进出口通道相连通，其余部分周期性换热通道与冷流体进出口通道相连通。

本发明进一步的改进在于，热流体进口通道和热流体出口通道，以及冷流体进口通道和冷流体出口通道均呈对角布置。

本发明进一步的改进在于，热流体进口通道和热流体出口通道采用圆柱形通道。

本发明进一步的改进在于，周期性换热通道采用Z形换热通道、S形换热通道，或者交替布置的Z形换热通道和S形换热通道。

本发明进一步的改进在于，周期性换热通道作为冷热流体通道时，纵向上相间排列，且通道纵向间距相等。

本发明进一步的改进在于，周期性换热通道的截面形状为，圆形/圆形，横椭圆/横椭圆，纵椭圆/纵椭圆，或者纵椭圆/横椭圆。

本发明进一步的改进在于，周期性换热通道采用Z形换热通道时，在通道的转弯区域布置有V形翅片。

本发明进一步的改进在于，周期性换热通道采用S形换热通道时，在通道的转弯区域布置有光滑V形翅片或者翼型翅片。

本发明进一步的改进在于，当进行换热器扩展时，将多个换热器核心焊接在一起，然后焊接上扩展端盖，并在扩展端盖上设置工质供应通道。

本发明具有如下的优点：

本发明提供的一种基于3D打印技术的新型印刷电路板式换热器，包括基于3D打印技术成型的换热主体，该换热主体的两端分别为第一换热器进出口段和第二换热器进出口段，第一换热器进出口段在竖直方向上开设有热流体进口通道和冷流体出口通道，第二换热器进出口段在竖直方向上开设有热流体出口通道和冷流体进口通道，换热主体的中部自下而上开设有若干层周期性换热通道，一部分周期性换热通道与热流体进出口通道相连通，其余部分周期性换热通道与冷流体进出口通道相连通。3D打印技术适应了PCHE通道结构的快速发展，可以更加方便地制备该结构复杂的新型通道，为PCHE的设计和工业化提供了便利。提出的一种换热器扩展方式有效弥补了3D打印换热器功率不足的问题，有效提升了换热器的工作能力，扩展了换热器的使用范围。

进一步，热流体进口通道和热流体出口通道，以及冷流体进口通道和冷流体出口通道均呈对角布置，这样就可以适当地增加热流体和冷流体的换热周期。

进一步，周期性换热通道可以采用Z形换热通道、S形换热通道，或者交替布置的Z形换热通道和S形换热通道。

进一步，冷热流体通道在纵向上相间排列，且通道纵向间距相等。

进一步，冷热流体通道有多种截面形状，如圆形/圆形，横椭圆/横椭圆，纵椭圆/纵椭圆，纵椭圆/横椭圆。

进一步，换热主体中，冷热流体通道在流向上为周期性的Z形换热通道，在通道的转弯区域布置有V形翅片。

进一步，换热主体中，冷热流体通道在流向上为周期性的S形换热通道，在通道的转弯区域布置有光滑V形翅片。