一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，包括换热板，所述换热板的上表面内凹形成若干条流道一，在换热板的下表面内凹形成若干条流道二，每条流道二中均设置有若干个涡发生器。本实用新型专利技术采用化学蚀刻方法改变了换热表面，涡发生器一体成形、加工简单、结构牢固、经济性好；涡发生器可以破坏边界层，且有利于流道内形成二次流、Taylor‑Gortler涡，促进传热，换热器效能的进一步提高；对于工程应用中流态为层流向湍流过渡区的PCHE，涡发生器强化传热效果更明显。

【技术实现步骤摘要】
一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构
本技术涉及一种印刷电路板结构，具体涉及一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构。
技术介绍
印刷电路板式换热器(英文名缩写为PCHE)，具有紧凑度高、体积小、结构强度高、换热器效能高、承温承压能力高等特点。PCHE最初应用于低温、制冷领域，最近随着节能减排要求，许多节能减排新技术新概念提出，例如结合超临界二氧化碳布雷顿循环的太阳能、核能以及传统化石能源的能源开发新方式，以及模块化小型反应堆、先进IV代反应堆等技术概念。这些新技术新概念迫切需要一种体积紧凑、换热效能高、承温承压能力高的换热器。因此PCHE越来越受到能源动力行业的重视。换热器性能很大程度上受换热表面特性决定，包括换热面的流动特性和传热特性。理想的换热表面应该具有较小的摩擦阻力，从而降低换热器整体动力功耗；同时具有较大的对流换热系数，以提高换热器换热效率。目前PCHE的换热板结构如图1所示，其先进行化学蚀刻流道，在进行冷热流道布置，然后通过扩散焊或钎焊形成换热器芯体，最终附件组装形成PCHE。PCHE承压能力可达50MPa，使用温度可达1000℃，换热器效能可达97％。可用加工PCHE(扩散焊焊接)的材料广泛，包括不锈钢、铜、钛合金等技术材料以及部分陶瓷、玻璃等非金属材料。目前，通过化学蚀刻而成的典型换热板流道结构如图1所示。该结构大大增大了换热器单位体积的传热面积，增加了换热器体积功率密度，但传热面仍为单传热面，其传热面仅能实现普通顺流传热，已经不能满足使用要求。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是现有换热器中的换热板的传热面为单面传热，其仅能实现普通顺流传热，传热效能已经不能满足使用要求，其目的在于提供一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，该结构增加了换热面并且设计了涡发生器，能够实现PCHE传热能力的进一步强化以及换热器效能的进一步提高，同时该换热表面具有结构牢固、加工简单、经济性好等特点。本技术通过下述技术方案实现：一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，包括换热板，所述换热板的上表面内凹形成若干条流道一，在换热板的下表面内凹形成若干条流道二，每条流道二中均设置有若干个涡发生器。从换热器传热强化技术发展历程来看，换热器传热强化技术经历了多代的发展演化。目前都是采用如图1所示的换热技术，这种换热结构是在换热板的上表面内凹形成若干条流道一，流道一的横截面为曲形，其外形为平直或者L型的流道，都是设置在换热板的上表面，并且两端均与换热板的侧壁连通，通过多个换热板依次贴合后换热，该结构大大增大了换热器单位体积的传热面积，增加了换热器体积功率密度，但传热面由于是单传热面，不带有涡发生器以强化传热，始终导致传热效能达不到最佳，尤其是换热板的底面换热效率较低，本方案设计的流道结构，则改变了换热方式，本技术基于实际工程需要以及换热器强化传热理论和PCHE换热器制造加工工程实践而获得，在换热板的下表面内凹形成若干条流道二，而且每条流道二中均设置有若干个涡发生器，通过涡发生器可以破坏边界层，且有利于流道内形成二次流、Taylor-Gortler涡，促进传热，可实现PCHE传热能力的进一步强化以及换热器效能的进一步提高，同时该换热表面具有结构牢固、加工简单、经济性好等特点。换热器为工业生产领域的重要设备之一，换热器成本在总投入中占重要比重。本技术可增加印刷电路板式换热器的效能，一定程度上降低太阳能、核能以及传统化石能源的开发成本。进一步地，涡发生器通过化学蚀刻工艺一体加工成形，将涡发生器的宽度设计为0.1～0.3mm；涡发生器的高度设计为0.1～0.5mm；涡发生器的长度设计为0.3～1mm；流道二中同一条流道二中的涡发生器的中心线与该流道二的中心线之间的夹角为20～60°；流道二中同一条流道二中的涡发生器顶端与该流道二的中心轴线距离设计为0～0.5mm；流道二中同一条流道二中的相邻涡发生器垂直距离设计为0.3～1mm。上述参数都是可以调整的，涡发生器可调参数应根据实际工程工况对换热能力和压降要求合理选择，设计涡发生器时应尽量强化传热的同时合理控制流动阻力的增加，以降低驱动功。通过以上方案加工出来的结构可以强化PCHE传热能力，提高换热器效能。流道二的横截面设计为矩形，这样放置涡发生器时高度能够相等，加工成型方便，同时涡发生器横截面也设计为矩形，使得其截面面积相等，在流道中传热受力稳定，同时还将流道二的两端均与换热板的侧壁连通，实现流通。而将流道一中每一条流道一对应设置在其中一条流道二的正上方，实现对称设计，传热效能更高，该流道表面采用化学蚀刻一体加工，工艺简单，结构牢固可靠，技术成熟度高。本技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：(1)本技术采用化学蚀刻方法改变了换热表面，涡发生器一体成形、加工简单、结构牢固、经济性好；(2)涡发生器可以破坏边界层，且有利于流道内形成二次流、Taylor-Gortler涡，促进传热，换热器效能的进一步提高；(3)对于工程应用中流态为层流向湍流过渡区的PCHE，涡发生器强化传热效果更明显。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。在附图中：图1为现有换热板的结构示意图；图2为本技术的侧向示意图；图3为本技术的俯视图；图4为本技术的仰视图；图5为图4的A-A向示意图。附图中标记及对应的零部件名称：1-流道一，2-换热板，3-流道二，4-涡发生器。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本技术作进一步的详细说明，本技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本技术，并不作为对本技术的限定。实施例：如图2至图5所示，一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，在换热板2的上表面内凹形成若干条流道一1，流道一1为半圆柱形流道，其流向平直，两端均与换热板2的侧壁连通，同时还在换热板2的下表面内凹形成若干条流道二3，流道二3的横截面为矩形，同时流道二3的两端也均与换热板2的侧壁连通，而且流道一1中每一条流道一1对应设置在其中一条流道二3的正上方，形成沿着换热板2对称设置，每条流道二3中均设置有若干个横截面为矩形的涡发生器4，同时对于涡发生器4的宽度、涡发生器4的高度、涡发生器4的长度、涡发生器4的纵向与流道二3中心轴线所成角度、涡发生器4的端部至流道二3中心轴线距离以及相邻涡发生器4的排列间距都根据实际工程工况对换热能力和压降要求合理选择，设计涡发生器时应尽量强化传热的同时合理控制流动阻力的增加，以降低驱动功。经过实际设定看，将涡发生器4的宽度为0.1～0.3mm、涡发生器4的高度为0.1～0.5mm、涡发生器4的长度为0.3～1mm、流道二3中同一条流道二3中的涡发生器4的中心线与该流道二3的中心线之间的夹角为20～60°、流道二3中同一条流道二3中的涡发生器4顶端与该流道二3的中心轴线距离为0～0.5mm、流道二3中同一条流道二3中的相邻涡发生器4垂直距离为0.3～1mm这个范围中，能够实现传热效能的最大化。本方案的PCHE流道换热面由化学蚀刻工艺加工而成，涡发生器4分布本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，包括换热板(2)，所述换热板(2)的上表面内凹形成若干条流道一(1)，其特征在于，在换热板(2)的下表面内凹形成若干条流道二(3)，每条流道二(3)中均设置有若干个涡发生器(4)。

【技术特征摘要】
1.一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，包括换热板(2)，所述换热板(2)的上表面内凹形成若干条流道一(1)，其特征在于，在换热板(2)的下表面内凹形成若干条流道二(3)，每条流道二(3)中均设置有若干个涡发生器(4)。2.根据权利要求1所述的一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，其特征在于，所述涡发生器(4)的宽度为0.1～0.3mm。3.根据权利要求1所述的一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，其特征在于，所述涡发生器(4)的高度为0.1～0.5mm。4.根据权利要求1所述的一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，其特征在于，所述涡发生器(4)的长度为0.3～1mm。5.根据权利要求1所述的一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，其特征在于，所述流道二(3)中同一条流道二(3)中的涡发生器(4)的中心线与该流道二(3)的中心线之间的夹角...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘生晖，黄彦平，王俊峰，郎雪梅，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：新型
国别省市：四川,51