[发明专利]一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道

说明书

一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道，核心在于凹凸翼型翅片单元体的设计与布置。这种高效换热流道适用于气态流体或超临界态流体换热，并由多个流道堆叠布置形成PCHE换热芯体。在低压力损失的前提下显著提升换热能力。该PCHE流道的结构包括凹凸翼型翅片单元体，换热板和边框。翼型翅片的外形参数设计参考凹凸翼型型线设计，紧邻行之间为镜像对称，并于横向与纵向保持一定的间隔复制形成多行流道，排列于换热板上并预留进出口空间，得到PCHE单层流道。相比传统Z字形流道与翼型翅片式流道，本专利设计时通过流线型设计削弱涡流降低摩擦，通过破坏边界层与增加扰流强化换热。相较于传统翼型设计，具有压力损失增量小、重量较轻，综合换热性能显著提升的特点。

技术领域

本发明属于高效紧凑型换热器PCHE技术领域，涉及一种PCHE内适用于超临界流体与一般流体流通的不连续翼型翅片流道，特别涉及一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道。

背景技术

热交换器是现代工业中进行能源回收利用的重要部件。通过压实尺寸和提高换热面积进行换热器优化是降低工业成本的关键。近年来快速发展的印刷电路换热器(PCHE)因其紧凑高效、安全可靠等特点被认为是高压、受限空间下高效换热的首选，在液化天然气、航空航天、化学处理、核电和太阳能发电等领域有广泛的应用。

PCHE利用化学蚀刻在换热板上蚀刻出直径0.5mm-2.0mm的微细流道，使PCHE的换热面密度可以达到2500m^{^2}/m^{^3}，而目前常用的绕管式换热器和列管式换热器的传热面密度仅为120m^{^2}/m^{^3}和160m^{^2}/m^{^3}。PCHE的换热面度密度远高于紧凑式换热器满的标准，满足了高效紧凑的要求；蚀刻完成后利用扩散键合技术将换热板连接成换热器芯体，大大提高焊缝可靠性，焊缝的机械强度几乎与母材相同，在高压、晃荡、交变应力等条件下具有较高可靠性，满足了安全可靠的要求。

PCHE的流道形式是影响换热器换热特性和阻力特性主要因素，具体分为连续式流道的直流道、Z字形流道以及不连续式流道的S型曲线流道、翼型翅片式流道和菱形翅片式流道。研究表明，翼型翅片式的不连续流道相较于传统Z字形流道的压力损失仅为前者的1/20，具有很好的综合性能。但是，Z字形流道带来的扰动和边界层破坏可以有效加强流体的换热，因此，本发明在保证低流阻的前提下对传统平直翼型翅片流道加以改进，采用涡轮基元级对称布置的思想，提出了一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道，能够通过增加扰流并促进流体横向混合有效提升换热能力。

发明内容

为了克服上述的传统翼型翅片式流道传热性能较差的缺点，本发明的目的在于提出一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道，可实现在相较于传统翼型阻力损失增大尽量小的前提下，通过增加扰流并促进流体纵向混合有效提升换热能力的功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种镜像对称的凹凸翼型翅片式PCHE流道，其中的翼型翅片单元体1参考某种凹凸机翼型线设计，所述的翼型翅片单元体沿流动方向间隔排列。在紧邻行的单元体2与单元体1为镜像对称的形式，沿流动方向以同样的间隔排列。相邻两行的单元体交错布置，共同组成一束类Z字形流道的折线型流动形式。多行单元体并行排列于PCHE换热板上组成整体流道并设置上下边框与流体进出口区域。

所述的翼型翅片单元体之间存在一定的纵向与横向间隔，整体呈交错式布置。

所述的翼型翅片单元体在横截面上各行的单元体数量保持一致，各单元体的几何尺寸完全一致，间隔尺寸也保持一致。

所述的翼型翅片单元体之间纵向间隔与横向间隔尺寸的选取与单元体尺寸有关，需要保证单元体1尾缘处的切线与对称单元体2前缘处切线平行且通过单元体2的中心附近。