一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体

技术领域

本发明属于换热器制造技术领域，具体涉及一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体。

背景技术

印刷电路板式换热器是一种高效紧凑式换热器，具有换热效率高、耐高温高压的特点，在超临界二氧化碳发电、海洋油气平台、核电等领域都拥有极大的应用前景。传统的印刷电路板式换热器冷热两侧均为直径0.1mm-2mm的蚀刻半圆形通道，适合于洁净的气体或液体工质。在核电、光热发电、烟气回收等领域，换热器一侧工质可能为液态金属、熔盐、烟气等，需要采用大尺寸通道以防止堵塞，而由于蚀刻工艺的限制无法将流道尺寸做大，因此现有技术中设计了混合式换热器，一侧为翅片大通道，一侧为蚀刻微通道。但是，由于混合式换热器翅片侧尺寸相对微通道一侧较大，由此造成扩散焊焊接难度大，极易产生焊接缺陷，且焊后翅片变形严重；同时由于翅片侧特殊结构，该侧承压能力较低，设计压力一般要求低于10MPa，无法适用于压力更高的工况。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体，实现两种或者多种流体的高效换热，特别适合一侧为大通道或两侧均为大通道的工质换热。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体，包括第一流体板片、多层第二流体板片和多层中间板片。

其中，第一流体板片布置于芯体结构的最上层和最下层，多层第二流体板片布置于最上层第一流体板片和最下层第一流体板片之间，中间板片布置于相邻的第二流体板片之间。

第一流体板片上设置有间隔布置的第一流体孔洞，第二流体板片上设置有间隔布置的第一流体孔洞和第二流体孔洞，侧面设置有开口，中间板片上设置有间隔布置的第一流体孔洞和第二流体孔洞。

第一流体板片、第二流体板片和中间板片的孔洞完全对应。

其中，位于最上层的第一流体板片上的第一流体孔洞为第一流体通道的入口，用于引导第一流体流入中间板片，位于最下层的第一流体板片上的第一流体孔洞为第一流体通道的出口，用于引导第一流体流出中间板片。

位于最上层第一流体板片之下的第二流体板片上的第二流体孔洞为第二流体通道的入口，用于引导第二流体流入中间板片；位于最下层第一流体板片之上的第二流体板片上的第二流体孔洞为第二流体通道的出口，用于引导第二流体流出中间板片。

第一流体板片、第二流体板片和中间板片上的第一流体孔洞共同构成芯体结构的第一流体通道。

第二流体板片和中间板片上的第二流体孔洞，以及第二流体板片侧面的开口，共同构成芯体结构的第二流体通道。

中间板片上的第一流体孔洞和第二流体孔洞为换热器芯体结构第一流体通道和第二流体通道的主要换热段。

第一流体通道和第二流体通道主要换热段中轴线相互平行，垂直于板片所在平面。

优选的，第一流体板片、第二流体板片和中间板片按次序堆叠后，通过扩散焊接形成散热器芯体结构。

优选的，第一流体板片、第二流体板片和中间板片上的孔洞形状包括但不限于圆形、矩形、三角形和菱形。

优选的，不同层的中间板片上的同一流道对应的孔洞尺寸可设计为渐变形式，以形成尺寸渐变的流道。

优选的，在芯体结构中，中间板片的结构尺寸全部一致。

优选的，芯体结构中部分或全部中间板片设置有强化结构。

优选的，第一流体通道和第二流体通道内部设置有肋片，以强化传热，肋片的形状包括但不限于三角形、矩形和梯形。

优选的，第一流体板片、第二流体板片和中间板片上的孔洞可采用包括机加工、冲压、蚀刻、激光切割、水切割在内的一种或多种方法进行加工。＝

优选的，第一流道和第二流道的尺寸、数量及位置根据产品的实际应用工况经热工计算后确定。

与现有技术相比，本发明具备以下优点：

本发明提供的一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体，由于上下层板片之间的孔洞完全对应，在扩散焊接时芯体不同位置承受的压力比较均匀，焊接质量高，同时焊后通道尺寸变形小，提高了芯体扩散焊接质量。

本发明中大通道的流道外形可以采用冲压、激光切割、机加工等方法进行加工，避免了蚀刻尺寸的限制，尺寸大小可完全按照实际需求确定，降低了流道堵塞的风险。

本发明中各板片在其所在平面内进行加工，无论加工、蚀刻或切割，均可以便捷的在流道内部加工强化肋片，从而提高对流换热系数和设备紧凑度，可强化通道内传热。

本发明通过将大通道侧设计为圆形等结构，提高大通道侧的承压能力，扩大设备的应用范围。

本发明中大部分板片及结构均可采用经济快捷且环境污染小的机加工或切割等手段进行加工，避免了光化学蚀刻所面临的加工周期长、环境污染严重等问题，制造成本减小，具有较好的经济性能。

附图说明

图1为本发明实施例中第一流体板片立体结构示意图；

图2为本发明实施例中第二流体板片立体结构示意图；

图3为本发明实施例中中间板片立体结构示意图；

图4为本发明实施例中芯体立体结构示意图；

图5为本发明实施例中芯体内截面示意图；

图6为本发明实施例中中间板片强化结构示意图；

图7为本发明实施例中流道内部肋片示意图。

图中，1为第一流体板片；2为第一流体孔洞；3为第二流体板片；4为第二流体孔洞；5为中间板片；6为换热器芯体；7为第一流体通道；8为第二流体通道；9为第二流体出口；10为第二流体入口；11为中间板片强化结构；12为流道内部肋片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的技术方案中提供1.一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体，其特征在于：换热器芯体包括第一流体板片1、多层第二流体板片3和多层中间板片5；

其中，第一流体板片1布置于芯体结构的最上层和最下层，多层第二流体板片3布置于最上层第一流体板片1和最下层第一流体板片1之间，中间板片5布置于相邻的第二流体板片3之间。

第一流体板片1上设置有间隔布置的第一流体孔洞2，第二流体板片3上设置有间隔布置的第一流体孔洞2和第二流体孔洞4，侧面设置有开口，中间板片5上设置有间隔布置的第一流体孔洞2和第二流体孔洞4。

第一流体板片1、第二流体板片3和中间板片5的孔洞完全对应。

其中，位于最上层的问问第一流体板片1上的第一流体孔洞2为第一流体通道7的入口，用于引导第一流体流入中间板片5，位于最下层的第一流体板片1上的第一流体孔洞2为第一流体通道7的出口，用于引导第一流体流出中间板片5。

位于最上层第一流体板片1之下的第二流体板片3上的第二流体孔洞4为第二流体通道8的入口9，用于引导第二流体流入中间板片5；位于最下层第一流体板片1之上的第二流体板片3上的第二流体孔洞4为第二流体通道8的出口10，用于引导第二流体流出中间板片5。

第一流体板片1、第二流体板片3和中间板片5上的第一流体孔洞2共同构成芯体结构的第一流体通道7。

第二流体板片3和中间板片5上的第二流体孔洞4，以及第二流体板片3侧面的开口，共同构成芯体结构的第二流体通道8。

中间板片5上的第一流体孔洞2和第二流体孔洞4构成了换热器芯体结构第一流体通道7和第二流体通道8的主要换热段。

第一流体通道7和第二流体通道8主要换热段中轴线相互平行，垂直于板片所在平面。

下面以第一流体流道采用大通道，第二流体流道采用小流道为例，对本发明技术方案中提供的换热器芯体作进一步的阐述：

如图1至图5所示，本实例提供了一种换热器芯体6，该换热器芯体6包括第一流体板片1、若干层第二流体板片3以及若干层中间板片5。

具体的，第一流体板片1布置于芯体6的最上层，在其上设置有第一流体孔洞2，形成了第一流体通道7的入口部分，起到引导第一流体流入中间板片5的作用；同时，第一流体板片1还布置于芯体6的最下层，在其上设置有第一流体孔洞2，形成了第一流体通道7的出口部分，起到引导第一流体流出中间板片5的作用，两者与中间板片5上的第一流体孔洞2共同形成了完整的第一流体通道7。

第二流体板片3布置于最上层第一流体板片1之下，在其上设置有流道和第二流体孔洞4，形成了第二流体通道8的入口9部分，起到引导第二流体流入中间板片5的作用；同时第二流体板片3还布置于最下层第一流体板片1之上，在其上设置有流道和第二流体孔洞4，起到引导第二流体流出中间板片5的作用，两者与中间板片5上的第二流体孔洞4共同形成了完整的第二流体通道8。第二流体板片3上加工第一流体孔洞2，以便于第一流体穿越第二流体板片3，形成完整的流通路径。

中间板片5布置于第二流体板片3之间，通过上方的第一流体孔洞2和第二流体孔洞4形成了换热器芯体6第一流体通道7和第二流体通道8的主要换热段。

在本实施例中，第一流体板片1、第二流体板片3和中间板片5按次序堆叠后，通过扩散焊接即可形成芯体6。第一流体从芯体6上方沿第一流体通道7竖直向下流动，第二流体从第二流体入口10进入芯体6后，沿第二流体通道8竖直向上流动，然后从第二流体出口9流出芯体6。如图5所示，显示了一条完整的第一流体通道7和第二流体通道8，双方实现了逆流换热。

在本发明的一个实施例中，第一流体孔洞2和第二流体孔洞4的截面形状可为圆形、矩形、三角形、菱形等任何形状，可采用机加工、冲压、蚀刻、激光切割、水切割等方法进行加工。通过调整截面形状可形成相应形状的流动通道，结合冷热侧工质特点，使得换热器的结构更加紧凑。

如图6所示，在本发明的一个实施例中，中间板片5可以部分或全部更换为强化结构的中间板片11。当第二流体流至强化结构中间板片11时，板片上方形成的空腔使得流体紊流强度增加，同时也可使得流体流量再次均匀分配，提高了设备的传热效果。

如图7所示，在本发明的一个实施例中，在第一流体通道7内部可加工肋片12以强化传热，肋片12的形状为三角形、矩形、梯形等，肋片的存在能进一步提高换热效率。

不同层的中间板片5上的同一流道对应的孔洞尺寸可设计为渐变形式，通过改变不同中间板片5在同一流道上的尺寸，形成渐变的流道，能够适应复杂的流动传热问题。

在本发明的一个实施例中，在芯体结构中，中间板片5的结构尺寸全部一致，以方便设备的制造。

上述实例中，对板片数量和流道形式进行了简化，但是本发明并不局限于此，需根据实际需要进行设置。实际上，第一流体通道7和第二流体通道8的数量、板片的数量、流道方位等均可以根据不同的工作需求来进行调整，不限定通过第一流体通道7和第二流体通道8的流体，即第一流体通道7和第二流体通道8都可以走高温流体或低温流体。除此之外，流体通道的尺寸和形状也并不限定，可以需根据实际应用场景进行设计。

需要说明，本发明中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“尾端”、“首端”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本发明，而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。