一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器及芯体

技术领域

本发明涉及换热装置技术领域，具体涉及一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器及芯体。

背景技术

印刷电路板换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)是一种结构紧凑、耐高温高压、结构强度高的板式换热器，特别适用于以超临界流体为工质的布雷顿动力循环，PCHE的主要结构包括换热流体的进出口管、封头及芯体，其中芯体由包含若干微小等截面换热通道的换热板片通过扩散焊接形成。

当PCHE芯体内的换热流体为变物性流体时，如超临界流体，高低温流体的流动换热过程是一个双侧超临界变物性耦合流动传热过程，高低温流体的密度、比热容、粘度等物性不断变化，流速也不断变化。现有的等截面换热通道中，对于低温被加热的流体，因其不断吸热升温，密度逐渐减小，特别是在拟临界点附近，密度急剧减小，导致流速迅速增大，局部流动阻力增大，可能引起局部回流甚至倒流，进一步增大了流动的阻力，低温流体不能被有效被加热，换热效率大幅下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器及芯体，结构简单，设计合理，避免了因密度减小，流速增大而出的局部回流或倒流的现象。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器芯体，包括层叠设置的高温流体板片和低温流体板片；

所述的高温流体板片包括高温流道本体，以及沿高温流体流动方向逐列设置在高温流道本体内的若干高温流线型肋片；所述高温流线型肋片等厚度设置；

所述的低温流体板片包括低温流道本体，以及沿低温流体流动方向逐列设置在低温流道本体内的若干低温流线型肋片；所述低温流线型肋片沿流动方向厚度逐渐减小。

优选的，层叠设置的高温流体板片和低温流体板片形成周期性层叠单元；所述的周期性层叠单元包括通过扩散焊接依次连接的一层的高温流体板片和一层的低温流体板片，或者两层的高温流体板片和中间层的低温流体板片。

优选的，高温流线型肋片沿着高温流体流动方向顺列或错列分布，形成等截面通道。

优选的，低温流线型肋片沿着低温流体流动方向顺列或错列分布，形成渐阔型非等截面通道。

优选的，高温流线型肋片和低温流线型肋片采用NACA系列对称或非对称翼型。

进一步，低温流线型肋片最大厚度按顺序逐列减小。

优选的，高温流体板片和低温流体板片上通过光刻或化学蚀刻的方法对应蚀刻出沿流动方向等厚设置的若干高温流线型肋片和非等厚设置的低温流线型肋片。

一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器，设置有如上任意一项所述的芯体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明所述的一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器芯体，采用流线型肋片在强化高温流体换热的同时尽可能减小了流动阻力的增大；通过沿流动方向逐渐减小肋片厚度形成渐阔型非等截面通道，使得低温流体在沿流动方向吸热升温密度减小时能保持近等速流动，避免了因低温流体密度减小，流速增大，局部流动阻力增大而出现的局部回流或倒流的现象。

附图说明

图1为本发明实例中所述的低温流体板片肋片排布截面示意图。

图2为本发明实例中所述的高温流体板片肋片排布截面示意图。

图3为本发明实例中所述的低温流体板片示意图。

图4为本发明实例中所述的高温流体板片示意图。

图中：高温流体板片1，高温流道本体101，高温流线型肋片102；低温流体板片2，低温流道本体201，低温流线型肋片202。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明一种用于变物性流体换热的印刷电路板换热器芯体，包括层叠设置的高温流体板片1和低温流体板片2；

如图3所示，低温流体板片2包括低温流道本体201，以及沿低温流体流动方向逐列设置在低温流道本体201内的若干低温流线型肋片202；所述低温流线型肋片202沿流动方向厚度逐渐减小。本优选实例中是逐列减小的，也可以每隔两列厚度再减小，形成逐渐减小的趋势。

如图4所示，高温流体板片1包括高温流道本体101，以及沿高温流体流动方向逐列设置在高温流道本体101内的若干高温流线型肋片102；所述高温流线型肋片102等厚度设置；

其中所限定的厚度是高温流线型肋片102和低温流线型肋片202在高温流道本体101和低温流道本体201宽度方向上的尺寸，两类肋片的上下两侧分别与其所在的流道本体内侧底部和与其相邻的流道本体外侧底部连接。

其主要的就是，如图1和图2所示，所述芯体包含若干沿流动方向等厚流线型肋片构成的高温流体板片1和沿流动方向厚度逐渐减小流线型肋片构成的低温流体板片2。

其中，层叠设置的高温流体板片1和低温流体板片2形成周期性层叠单元；印刷电路板换热器的换热芯体由若干周期性层叠单元层叠形成；所述的周期性层叠单元包括通过扩散焊接依次连接的一层的高温流体板片1和一层的低温流体板片2，或者两层的高温流体板片1和中间层的低温流体板片2。

具体的，由高温流体板片1和低温流体板片2通过扩散焊接依次连接或两层高温流体板片1中夹一层低温流体板片2，形成“高温-低温”，“高温-低温-高温”周期性分布的形式。

所述高温流线型肋片102和低温流线型肋片202通过在金属板用光或化学蚀刻的方法蚀刻出沿流动方向等厚和非等厚流线型肋片，如图4和图3所示。

其中，所述流线型肋片，可以采用但不限于NACA系列对称或非对称翼型。

具体的，如图1所示，选取了NACA系列低速对称翼型NACA0025、NACA0020、NACA0015、NACA0010、NACA0005翼型，作为每列的低温流线型肋片202，上述翼型最大厚度按顺序逐渐减小，使之沿着低温流体流动方向错列分布，形成渐阔型非等截面通道，适用于沿流动方向密度逐渐减小的换热工质。

具体的，如图2所示，所述高温流体板片1中，选取流线型肋片NACA0010，其肋片厚度保持不变，使之沿着高温流体流动方向错列分布，形成等截面通道。

本发明的工作原理：

本发明提供的一种用于变物性流体换热的PCHE换热芯体，包括由若干沿流动方向等厚流线型肋片构成的高温流体板片1和沿流动方向厚度逐渐减小流线型肋片构成的低温流体板片2。板片采用流线型肋片在强化换热的同时尽可能减小了流动阻力的增大；通过沿流动方向逐渐减小肋片厚度形成渐阔型非等截面通道，低温流体在沿流动方向吸热升温密度减小时能保持近等速流动，避免了因密度减小，流速增大而出现的局部回流或倒流的现象。

以上描述只是本发明的优选示例而已，本发明并不仅限于此，任何在本发明的精神和原则之内的修改、同等替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。