一种印刷电路板式换热器制造技术

本发明专利技术公开了一种印刷电路板式换热器，通过放弃现有PCHE中封头和芯体的组合形式，流体从外接头进入管腔，在管腔中直接进入芯体的分流板片，在进口板片段上通过逐级分流结构使流体均匀地进入主换热板片段，换热通道由交替的扩张和收缩结构构成，冷、热流体主要在主换热板片段交换热量，然后通过带有逐级汇流结构的出口板片段分别汇集到各自的管腔中，最后进入外接头流出。本发明专利技术采用合理的换热器结构和高性能流动换热通道，大部分流体流动接近流线型，在不显著增加流动阻力的前提下，不仅增加了流动均匀性，提高了传热，减少了高效紧凑式换热器材料，而且通道结构不易结垢，具有良好的防堵塞性能，在S

【技术实现步骤摘要】
一种印刷电路板式换热器


[0001]本专利技术属于换热器领域，涉及一种印刷电路板式换热器，具体涉及一种尤其适用于S
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CO2动力循环系统的印刷电路板式换热器。

技术介绍

[0002]在全球低碳背景下，S
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CO2动力循环系统技术重新成为研究焦点，引起了国、内外广泛关注。以S
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CO2为工质的动力循环系统具有高效低碳和集约灵活的特点，在水上航行器、航空航天、发电、工业余热回收等领域有着广阔的应用前景。印刷电路板式换热器(PCHE)作为一种新型的高效紧凑式热交换器，加之在制作过程中采用了扩散焊技术，使换热器的强度与母材几乎相同，这些特点使其成为S
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CO2动力循环系统换热器最佳选择之一。然而，在实际应用中，PCHE的封头和壳体通常很厚，这不仅使材料温度随流体温度变化相对滞后，也使材料对温度变化的抵抗力变差，较大的热惯性极大削弱了系统启停或变负荷响应能力。
[0003]一般而言，为了减小换热器的热惯性，减小换热器材料用量是关键，强化换热是有效手段之一。为了提高印刷电路板式换热器的换热性能，芯体换热通道先后经历了平直通道、Z字形通道、S形通道、翼型通道的发展过程，其中S形通道和翼型通道等流道形式在实验室阶段呈现出良好的特性，但是其结构参数复杂，制造设计的成本较高。目前，平直通道和Z字形通道是商用较多的方案。相比平直通道，Z字形通道能够显著提高换热性能，但以较大的流动压降为代价。此外，Z字形通道可能使原本微通道换热器易堵塞的缺点变得更为严重。/>
技术实现思路

[0004](一)技术问题
[0005]针对现有技术的上述缺陷和不足，本专利技术提出了一种印刷电路板式换热器，尤其适用于S
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CO2动力循环系统，本专利技术改变了现有PCHE的封头和芯体组合形式，通过取消封头结构，从结构上直接减少换热器的用材；芯体板片通过采用仿生人体肺支气管的逐级分流、汇流结构和扩张、收缩交替的变截面通道结构，在不显著增加通道流动压降的前提下，改善了流动均匀性，增强了换热性能，并具有良好的阻垢性能，有效降低了PCHE微通道中容易出现的堵塞。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术为解决其技术问题，所采用的技术方案为：
[0008]一种印刷电路板式换热器，包括芯体，所述芯体包括多个热流体板片和多个冷流体板片，所述多个热流体板片与多个冷流体板片通过扩散焊以逐一交错层叠的方式固定连接，其特征在于，
[0009]每一所述热流体板片、冷流体板片均包括沿其长度方向依次布置的一进口板片段、一主换热板片段以及一出口板片段，其中，
[0010]所述进口板片段上设有一进口分流区和一非流动区Ⅰ，所述非流动区Ⅰ上设有一贯穿板片的第一通孔，所述进口分流区上设有一贯穿板片且与所述第一通孔在板片宽度方向上相对布置的第二通孔，所述进口分流区上还设有多个以所述第二通孔为起点并向下游延伸的分级且呈辐射状分布的分流通道，且越靠近下游的分流通道，其数量越多；
[0011]所述出口板片段上设有一出口汇流区和一非流动区Ⅱ，所述非流动区Ⅱ上设有一贯穿板片的第三通孔，所述出口汇流区上设有一贯穿板片且与所述第三通孔在板片宽度方向上相对布置的第四通孔，且所述第三通孔与第一通孔之间在整个板片上呈对角线布置，所述第四通孔与第二通孔之间在整个板片上呈对角线布置，所述出口汇流区上还设有多个以所述第四通孔为起点并向上游延伸的分级且呈辐射状分布的汇流通道，且越靠近上游的汇流通道，其数量越多；
[0012]所述主换热板片段上设有多个沿其长度方向延伸的换热通道，各所述换热通道呈相对流线型的变截面结构，且各所述换热通道的进口端与所述进口分流区中各末级分流通道的出口端连通，各所述换热通道的出口端与所述出口汇流区中各首级汇流通道的进口端连通；
[0013]所述热流体板片与冷流体板片交错层叠焊接时，各所述热流体板片上的第一通孔与各所述冷流体板片上的第四通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的冷流体出口管腔，各所述热流体板片上的第二通孔与各所述冷流体板片上的第三通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的热流体进口管腔，各所述热流体板片上的第三通孔与各所述冷流体板片上的第二通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的冷流体进口管腔，各所述热流体板片上的第四通孔与各所述冷流体板片上的第一通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的热流体出口管腔。
[0014]优选地，所述芯体一端设有第一承压板，另一端设有第二承压板，所述第一承压板的外侧设有热流体进口接头、冷流体进口接头，且所述第一承压板上设有与所述热流体进口接头、冷流体进口接头对应连通的通孔，所述热流体进口接头、冷流体进口接头分别与所述热流体进口管腔、冷流体进口管腔对应连通；所述第二承压板的外侧设有热流体出口接头、冷流体出口接头，且所述第二承压板上设有与所述热流体出口接头、冷流体出口接头对应连通的通孔，所述热流体出口接头、冷流体出口接头分别与所述热流体出口管腔、冷流体出口管腔对应连通。
[0015]进一步地，所述第一承压板上的两个通孔与所述第二承压板上的两个通孔呈对角布置，且所述第一承压板、第二承压板分别与所述芯体两端的板片焊接在一起，以保证换热器的结构强度。
[0016]优选地，所述芯体还设有防护其结构的上侧承压板和下侧承压板。
[0017]本专利技术的印刷电路板式换热器，取消了封头结构，冷、热流体直接通过各自管腔流入芯体的冷、热流体板片，每个板片分为进口板片段、主换热板片段及出口板片段三个区域，其中进口板片段和出口板片段上的流体通道仿生人体肺支气管结构，主换热板片段上的通道采用具有相对流线型特征的变截面结构。
[0018]本专利技术的印刷电路板式换热器没有封头结构，主要由进口流体管腔、芯体、承压板和出口流体管腔等构成，流体通过进口管腔流入芯体板片，从芯体流出再进入出口管腔，然后流出换热器。
[0019]进一步，所述进口分流区上的分流通道采用仿生人体肺支气管的逐级分流结构，级数为1～15，沿流动方向，每一级的分流通道采用渐扩结构，逐级流入下一级分流通道。
[0020]进一步，所述换热通道为扩张段和收缩段交替的流道结构，收缩与扩张交替进行的结构形式为直线型结构或曲线型结构通道内的大部分流体流动接近流线型。所述换热器芯体冷、热侧变截面换热通道与流体变物性对边界层发展影响相互耦合，从而有效解决冷、热侧因物性导致热量不匹配的问题。
[0021]进一步，所述出口汇流上的汇流通道采用仿生人体肺支气管的逐级汇流结构，级数为1～15，沿流动方向，每一级汇流通道采用渐缩结构，逐级进入下一级汇流通道。
[0022](三)技术效果
[0023]同现有技术相比，本专利技术的印刷电路板式换热器具有显著的技术效果：
[0024](1)本专利技术充分发挥了增材制造的优势，取消了PCHE的封头结构，降低了壳体厚度，直接减少了换热器整体用材，很大程度上消减了热惯性。
[0025](2)本专利技术P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种印刷电路板式换热器，包括芯体，所述芯体包括多个热流体板片和多个冷流体板片，所述多个热流体板片与多个冷流体板片通过扩散焊以逐一交错层叠的方式固定连接，其特征在于，每一所述热流体板片、冷流体板片均包括沿其长度方向依次布置的一进口板片段、一主换热板片段以及一出口板片段，其中，所述进口板片段上设有一进口分流区和一非流动区Ⅰ，所述非流动区Ⅰ上设有一贯穿板片的第一通孔，所述进口分流区上设有一贯穿板片且与所述第一通孔在板片宽度方向上相对布置的第二通孔，所述进口分流区上还设有多个以所述第二通孔为起点并向下游延伸的分级且呈辐射状分布的分流通道，且越靠近下游的分流通道，其数量越多；所述出口板片段上设有一出口汇流区和一非流动区Ⅱ，所述非流动区Ⅱ上设有一贯穿板片的第三通孔，所述出口汇流区上设有一贯穿板片且与所述第三通孔在板片宽度方向上相对布置的第四通孔，且所述第三通孔与第一通孔之间在整个板片上呈对角线布置，所述第四通孔与第二通孔之间在整个板片上呈对角线布置，所述出口汇流区上还设有多个以所述第四通孔为起点并向上游延伸的分级且呈辐射状分布的汇流通道，且越靠近上游的汇流通道，其数量越多；所述主换热板片段上设有多个沿其长度方向延伸的换热通道，各所述换热通道呈相对流线型的变截面结构，且各所述换热通道的进口端与所述进口分流区中各末级分流通道的出口端连通，各所述换热通道的出口端与所述出口汇流区中各首级汇流通道的进口端连通；所述热流体板片与冷流体板片交错层叠焊接时，各所述热流体板片上的第一通孔与各所述冷流体板片上的第四通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的冷流体出口管腔，各所述热流体板片上的第二通孔与各所述冷流体板片上的第三通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的热流体进口管腔，各所述热流体板片上的第三通孔与各所述冷流体板片上的第二通孔一一对应连通并形成为整体呈直线状延伸的冷流体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海松，王波，李志刚，徐祥，田勇，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：