[發明專利]一種基于分區強化的復合換熱流道及包含其的換熱板

在審

• 申請號: 202110159359.3
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112944996A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 文哲希;呂義高;李慶
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: F28F3/02
• 分類號: F28F3/02
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

本發明提供了一種基于分區強化的復合換熱流道及包含其的換熱板。本發明實例提供的復合流道由非強化傳熱段和強化傳熱段組成，其中非強化傳熱段采用直流道而傳熱強化段采用波紋流道，流道截面為半圓形狀?；谒鰪秃蠐Q熱流道的多排布置，可以制造用于印刷電路板換熱器的換熱板。本發明可根據變物性工質沿程局部流動傳熱特性變化，在連續流道內將強化和非強化傳熱段進行靈活組合，僅在換熱較強、壓降較小的區域采用強化傳熱的波紋流道而其余區域采用直流道，在強化傳熱的同時減小沿程流動總壓力損失，達到了提高流道和換熱板綜合熱工水力性能的目的。

技術領域

本發明涉及換熱領域，具體涉及一種基于分區強化的復合換熱流道及包含其的換熱板。

背景技術

印刷電路板換熱器作為一種新型換熱器，具有結構緊湊、單位體積的換熱面積大、換熱效率高、在高溫高壓等極端條件下運行可靠性好等優點，近年來在能源、石油化工、航空航天、低溫制冷等領域顯示了較好的應用前景。該換熱器由若干層換熱板堆疊起來通過擴散焊技術加工形成換熱器的換熱核心，因此，每一層換熱板內換熱流道的幾何結構對換熱器的緊湊性和綜合熱工水力性能等起決定性作用。目前印刷電路板換熱器最常用的流道主要為直流道和Z字形結構，其中直流道雖然壓力損失最小，但是其換熱性能較差，而Z字形流道的換熱性能雖然可獲得大幅度提升，但是其壓力損失也會增加數倍，從而消耗更多的泵功。正弦波紋流道與上述兩種結構的流道相比，換熱能力提升的同時壓力損失并不大，在改善換熱換熱器的綜合熱工水力性能方面具有獨特的優勢。

此外，在不同應用領域的具體換熱背景下，如超臨界二氧化碳布雷頓循環、跨臨界有機朗肯循環等，換熱器內的工質一般處于超臨界壓力條件，其物性參數在擬臨界區域存在劇烈的變化，導致工質在換熱器流道內的沿程局部流動傳熱特性存在顯著差異。比如，在超臨界CO₂布雷頓循環系統的預冷器內CO₂的冷卻過程中，在高溫區換熱能力較弱而壓力損失卻較大，但在低溫區其換熱能力顯著提高而壓力損失較小。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在提高流道換熱能力的同時，減小流體在換熱過程的壓力損失的基于分區強化的復合換熱流道及包含其的換熱板。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：復合換熱流道由相連通的非強化傳熱段和強化傳熱段組成，其中，在非強化傳熱段采用直流道，而在強化傳熱段采用波紋流道。

所述復合換熱流道的非強化傳熱段直流道的中心線與強化傳熱段波紋流道的中心線的波峰或波谷位置連接，直流道與正弦波紋流道在連接處光滑過渡。

所述復合換熱流道是通過蝕刻或3D打印方式加工出的微小通道。

所述復合換熱流道的通道半徑為0.5～5mm。

所述復合換熱流道的橫截面為半圓形、半橢圓形、圓形、橢圓形、三角形、矩形或者梯形中的任意一種。

所述的強化傳熱段波紋流道中心線是三角形、正弦/余弦、半圓形或梯形周期性波形。

一種基于分區強化的復合換熱流道的換熱板，在換熱板上設置有含若干復合換熱流道。

本發明提供的用于印刷電路板換熱器的復合換熱流道及包含其的換熱板，其在工質傳熱能力弱而壓力損失大的區域采用直流道避免更大的壓力損失，而在傳熱能力強而壓力損失小的區域采用波紋結構進行傳熱強化，進一步利用流體的傳熱能力，從而可實現流道綜合熱工水力性能的進一步提升，該基于分區強化的復合換熱流道結構對于以變物性流體為工質的“高效低阻”換熱器設計具有重要的現實意義和應用前景。

附圖說明

圖1(a)是直流道及包含其的換熱板結構示意圖；

圖1(b)是波紋(正弦波紋)流道及包含其的換熱板結構示意圖；

圖2(a)是本發明實施例的復合換熱流道示意圖；