[发明专利]一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板

说明书

本发明提供了一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。本发明实例提供的复合流道由非强化传热段和强化传热段组成，其中非强化传热段采用直流道而传热强化段采用波纹流道，流道截面为半圆形状。基于所述复合换热流道的多排布置，可以制造用于印刷电路板换热器的换热板。本发明可根据变物性工质沿程局部流动传热特性变化，在连续流道内将强化和非强化传热段进行灵活组合，仅在换热较强、压降较小的区域采用强化传热的波纹流道而其余区域采用直流道，在强化传热的同时减小沿程流动总压力损失，达到了提高流道和换热板综合热工水力性能的目的。

技术领域

本发明涉及换热领域，具体涉及一种基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。

背景技术

印刷电路板换热器作为一种新型换热器，具有结构紧凑、单位体积的换热面积大、换热效率高、在高温高压等极端条件下运行可靠性好等优点，近年来在能源、石油化工、航空航天、低温制冷等领域显示了较好的应用前景。该换热器由若干层换热板堆叠起来通过扩散焊技术加工形成换热器的换热核心，因此，每一层换热板内换热流道的几何结构对换热器的紧凑性和综合热工水力性能等起决定性作用。目前印刷电路板换热器最常用的流道主要为直流道和Z字形结构，其中直流道虽然压力损失最小，但是其换热性能较差，而Z字形流道的换热性能虽然可获得大幅度提升，但是其压力损失也会增加数倍，从而消耗更多的泵功。正弦波纹流道与上述两种结构的流道相比，换热能力提升的同时压力损失并不大，在改善换热换热器的综合热工水力性能方面具有独特的优势。

此外，在不同应用领域的具体换热背景下，如超临界二氧化碳布雷顿循环、跨临界有机朗肯循环等，换热器内的工质一般处于超临界压力条件，其物性参数在拟临界区域存在剧烈的变化，导致工质在换热器流道内的沿程局部流动传热特性存在显著差异。比如，在超临界CO₂布雷顿循环系统的预冷器内CO₂的冷却过程中，在高温区换热能力较弱而压力损失却较大，但在低温区其换热能力显著提高而压力损失较小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在提高流道换热能力的同时，减小流体在换热过程的压力损失的基于分区强化的复合换热流道及包含其的换热板。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：复合换热流道由相连通的非强化传热段和强化传热段组成，其中，在非强化传热段采用直流道，而在强化传热段采用波纹流道。

所述复合换热流道的非强化传热段直流道的中心线与强化传热段波纹流道的中心线的波峰或波谷位置连接，直流道与正弦波纹流道在连接处光滑过渡。

所述复合换热流道是通过蚀刻或3D打印方式加工出的微小通道。

所述复合换热流道的通道半径为0.5～5mm。

所述复合换热流道的横截面为半圆形、半椭圆形、圆形、椭圆形、三角形、矩形或者梯形中的任意一种。

所述的强化传热段波纹流道中心线是三角形、正弦/余弦、半圆形或梯形周期性波形。

一种基于分区强化的复合换热流道的换热板，在换热板上设置有含若干复合换热流道。

本发明提供的用于印刷电路板换热器的复合换热流道及包含其的换热板，其在工质传热能力弱而压力损失大的区域采用直流道避免更大的压力损失，而在传热能力强而压力损失小的区域采用波纹结构进行传热强化，进一步利用流体的传热能力，从而可实现流道综合热工水力性能的进一步提升，该基于分区强化的复合换热流道结构对于以变物性流体为工质的“高效低阻”换热器设计具有重要的现实意义和应用前景。

附图说明

图1(a)是直流道及包含其的换热板结构示意图；

图1(b)是波纹(正弦波纹)流道及包含其的换热板结构示意图；

图2(a)是本发明实施例的复合换热流道示意图；