[发明专利]超蒸发换热器

说明书

本发明公开了一种超蒸发换热器，包括耐热材料层、过渡层、热沉材料层、支撑材料层，在热沉材料层的冷却流道面上根据对应区域换热效率要求的不同设置不同内肋，其中换热效率要求高的区域设置纵向内肋和横向内肋的组合，换热效率要求低的区域设置横向内肋。本发明由于不是采用统一的内肋组合结构，从而使具有不统一的内肋组合的换热器获得最佳的性能和良好的经济性。

技术领域

本发明涉及蒸发换热器领域，具体是一种超蒸发换热器。

背景技术

蒸发换热器自上世纪50年代发展以来，经历了普通蒸发换热器、过蒸发换热器阶段，直到1970年由C. Beutheret率先提出超蒸发换热器结构，并应用于Thomson CSF的大功率四极管中的阳极冷却，从此开启了强化换热领域的一场革命，并在蒸发器换热领域开辟了新的重要分支——超蒸发换热器。

如图1所示，图1是一种典型的超蒸发换热器的结构示意图，主要由四种材料复合而成，依次为耐热材料层1、过渡层2、热沉材料层3与支撑材料层4，热沉材料层3和支撑材料层4之间设置有冷却流道5，该结构的主要特点是在换热器冷却流道5受热面的背面，即在热沉材料层3的冷却流道面上设置与流体流动方向垂直的横向内肋6，且横向内肋6两侧辅以纵向沟槽7用以排除气泡。超蒸发换热器是将换热器结构中耐热材料层1上承受的热量传递到热沉材料层3，热沉材料层3壁面温度升高，超过冷却流道5内冷却流体的饱和温度，并达到冷却流体产生气泡所需的过热度，则热沉材料层3受热面的背面横向内肋6间的壁面附近的冷却流体会汽化产生气泡，当气泡长大扩展出横向内肋6间的沟槽，进入过冷流体时，气泡将破裂，同时过冷水会再次充满横向内肋6间的沟槽，受热继续汽化产生气泡，以此循环此过程。在这个过程中，通过流体汽化时吸收的大量汽化潜热，从而达到强化换热的目的。

在传统超蒸发换热器中，主要是以与流体流动方向垂直的横向内肋为主，两侧辅以纵向沟槽用以排除气泡的结构，此种结构换热效率受模块宽度影响更大；并且传统超蒸发换热器在一定长度的冷却流道内的压降相对较高。此外，传统超蒸发换热器在所有区域采用结构参数完全一样的统一的内肋配置结构：内肋密度、内肋形状、内肋材料导热系数完全相同。然而，如本领域技术人员所知晓的，超蒸发换热器在工作时，换热器进口处内部工质温度较低，随着内部工质与外部热源的换热，内部工质温度逐渐升高，换热器出口处内部工质温度最高。超蒸发换热器各个区域的换热能力需求是不同的，在换热需求高的区域，则需要换热性能好的内肋组合达到比较理想的换热能力。因此，在现有超蒸发换热器中，由于整个换热器在所有各区域采用结构参数完全一样的统一的内肋配置结构，这必将导致换热性能需求高的区域，所用的统一的内肋组合的换热性能不能满足要求，而换热性能需求不高的区域，所用内肋组合稍显浪费。

发明内容本发明的目的是提供一种超蒸发换热器，以解决现有技术超蒸发换热器换热性能不足的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

超蒸发换热器，包括耐热材料层、过渡层、热沉材料层、支撑材料层，支撑材料层和热层材料层之间设有冷却流道，支撑材料层和热层材料层朝向冷却流道的一面分别作为冷却流道面，其特征在于：热沉材料层的冷却流道面上根据对应区域换热效率要求的不同设置不同内肋，其中对应于换热效率要求高的区域设置的内肋为呈纵横交叉的纵向内肋和横向内肋的组合，所述横向内肋水平垂直于流体流动方向，纵向内肋平行于流体流动方向，对应于换热效率要求低的区域设置的内肋仅为横向内肋或纵向内肋。

所述的超蒸发换热器，其特征在于：所述热沉材料层的横向内肋的形状根据需求设计为矩形，或者圆角矩形，或者正弦曲线，或者三角形。

所述的超蒸发换热器，其特征在于：在换热效率要求高的区域处的横向内肋形状优于换热效率要求低的区域处的横向内肋形状，其形状按优劣顺序依次为逆流三角形、顺流三角形、矩形、圆角矩形、直角三角形、正弦曲线。

所述的超蒸发换热器，其特征在于：所述支撑材料层的部分冷却流道采用不带内肋的平滑结构。