一种不连续S翅型换热板及PCHE芯体的制作方法

本发明涉及紧凑热交换器高效换热领域，具体涉及一种不连续s翅型换热板片及pche芯体。

背景技术：

印刷电路板换热器(pche)作为一种新型的板式换热器，具有紧凑度高、结构强度大、换热效能好且拥有在高温、高压等恶劣工况下长时间稳定、可靠运行的优点，基于前述优点，该种印刷电路板换热器在超高温气冷堆冷却器、固体氧化物燃料电池、聚光太阳能熔盐蓄热、氢能和燃煤火力发电等领域均适用。

pche换热板片常见厚度为1.5-2.0mm左右，采取先进的光化学刻蚀刻出需要的流道样式，然后通过扩散焊粘结技术将多层板片焊接成一个整体，其先进的加工制造工艺使pche具有优良的结构强度，可以承受60mpa左右的工作压力，与此同时，pche的流道的形式多样、可控，水力直径通常在0.5-2.0mm范围内，结构紧凑度大，在一些体积受限的工作环境中可以体现出巨大的优势。

现有技术中，pche的流道形式主要区分为两大类：连续流道和不连续流道。连续流道常见的直流道、zigzag流道、s曲线流道和梯形流道；不连续流道形式主要是翅片结构的不连续性造成的，常见的有长六边形翅、翼形翅、菱形翅片和混合翅等。经研究表明pche换热板片的不连续的流道结构相比于连续流道，有更好的综合能力。为了提高热交换器的换热能力要设法增加流体在流道中的扰动，增加对流换热面积，但是通常以提高紧凑度增加换热能力的同时，必然会带来较大的压力损失。

因此，需提供一种综合性更优秀的pche换热板片以解决上述提出的问题。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种不连续s翅型换热板，所述换热板片设有流体入口均布区、流体出口收缩区和不连续s翅型区，所述换热板片侧边为类锯齿结构，所述不连续s翅型区包括结构相同、排列位置不同的正翅和反翅。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述流体入口均布区设有凹陷流道。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述流体入口均布区的边界切线与所述反翅的弧线切线平行。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述类锯齿结构的两侧边分别与所述正翅和所述反翅的轴向方向一致。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述类锯齿结构左侧边到正翅轴线的距离为所述正翅和反翅翅距的1/2。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述正翅与所述换热板长度方向正向逆时针夹角θ为30°-45°，所述反翅与所述换热板长度方向正向逆时针夹角φ与所述夹角θ互补。

本发明所提供的不连续s翅型换热板，还具有这样的特征，所述正翅和反翅的翅距为3.0-5.0mm、翅长为5.0-8.0mm、翅宽为0.5-1.0mm以及翅顶点距离为1.2-2mm。

本发明的另一目的在于提供一种pche芯体，所述芯体包括堆叠的多个不连续s翅型换热板，所述不连续s翅型换热板为权利要求1-7任一项所提供的换热板，所述多个不连续s翅型换热板分为热侧换热板和冷侧换热板，所述热侧换热板和所述冷侧换热板交替堆叠。

本发明所提供的pche芯体，还具有这样的特征，所述换热板的四个角上设有开孔，所述开孔为流体的入口孔和出口孔。

本发明所提供的pche芯体，还具有这样的特征，所述冷流体入口孔和冷流体出口孔在冷侧换热板的主对角线位置，所述热流体入口孔和热流体出口孔在热侧板片的副对角线位置，所述芯体中的冷流体和热流体的流向相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明所提供的不连续s翅型换热板的流体入口、出口流道形式、类锯齿构型以及正、反s型翅片设计，增加了换热板的对流换热面积，同时也减小了流体的流动分布不均匀性和流动分离现象，降低了流体在流动换热过程中的压力损耗。

本发明所提供的pche芯体由多层不连续s翅型的换热板片堆叠而成，增加了芯体紧凑度的同时，有效提高了芯体整体的流动和换热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例所提供的pche芯体结构示意图；

图2为本发明的实施例所提供的不连续s翅型的结构分解图；

图3为本发明的实施例所提供的类锯齿侧边结构示意图；

图4为本发明的实施例所提供的均布区的结构示意图；

图5为本发明的实施例所提供的收缩区的结构示意图；

其中，

a、不连续s翅型区；α、正翅；β、反翅；θ、正翅轴线与x轴正向逆时针夹角；φ、反翅轴线与x轴正向逆时针夹角；lx、翅距；ly、翅长；lz、翅宽；lw、翅顶点距离；0、不连续翅型换热板片pche芯体；1、冷侧换热板；2、冷流体入口均布区；3、冷流体出口收缩区；4、冷流体出口孔；5、热流体入口孔；6、热流体入口均布区；7、类锯齿结构；8、热流体出口收缩区；9、热侧换热板；10、冷流体入口孔；11、热流体出口孔

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明所提供的不连续s翅型换热板及pche芯体作具体阐述。

在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

需要说明的是，本发明的描述中，术语“入口”，“出口”，“正”，“反”，“主”，“副”仅是相对位置的命名描述，不能理解为特指或者暗示，术语关于流体温度的“冷”、“热”仅是一种对流体温度相对高低的描述，不能理解为本发明的限制，附图1中黑色箭头线表示流体流动的方向，坐标轴“x”、“y”仅为基于附图进行的方向、位置关系的描述，本发明仅针对不连续s翅型换热板片及其堆叠成的pche芯体进行描述，未进行进、出口接管、外部壳体以及其他相关结构件的描述，对于换热板片流道成型的描述，本发明描述换热板片加工的刻蚀技术和扩散焊接技术代表一种优选加工工艺技术，并不具有唯一性。

如图1-5所示，提供了一种不连续s翅型换热板，所述换热板片设有流体入口均布区2、流体出口收缩区3和不连续s翅型区a，所述换热板片侧边为类锯齿结构7，所述不连续s翅型区a包括结构相同、排列位置不同的正翅α和反翅β。所述流体入口均布区设有凹陷流道。所述流体入口均布区的边界切线与所述反翅β的弧线切线平行。所述类锯齿结构7的两侧边分别与所述正翅α和所述反翅β的轴向方向一致。所述类锯齿结构7左侧边到正翅轴线的距离为所述正翅和反翅翅距的1/2。所述正翅α与所述换热板长度方向正向逆时针夹角θ为30°-45°，所述反翅与所述换热板长度方向正向逆时针夹角φ与所述夹角θ互补。所述正翅α和反翅β的翅距lx为3.0-5.0mm、翅长ly为5.0-8.0mm、翅宽lz为0.5-1.0mm以及翅顶点距离lw为1.2-2mm。

在上述实施例中，流体经冷凹陷流道样式的流体入口均布区的导流和均布作用，进入不连续s翅型区a，流体入口均布区2的截面逐渐扩张的流道结构可将流体更好地均布分配到不连续s翅型区，流体冲击翅型结构时，流向与反s翅β端部弧线相切则减小了不连续s翅型区的入口压力聚集现象；同时，类锯齿侧边结构7的设置进一步保证了流体流动均匀性，结合图2和图3所示，类锯齿结构与正翅α和反翅β之间的结构关系和大小可以减小流体在靠近换热板侧边位置因流动截面变化导致的流速变化。流体在不连续s翅型区进行热量交换，流动均匀性好，且这种s形流道样式，可实现流体贴壁运动，减小流体分离的可能。冷流体出口收缩区主要作用是输送热交换后的冷流体，渐缩结构起到流体的导流、集中作用，减小了流动死区出现的可能。

部分实施例，提供一种pche芯体0，所述芯体包括堆叠的多个不连续s翅型换热板，所述不连续s翅型换热板为上述实施例所提供的换热板，所述多个不连续s翅型换热板分为热侧换热板9和冷侧换热板1，所述热侧换热板9和所述冷侧换热板1交替堆叠。所述换热板的四个角上设有开孔，所述开孔为流体的入口孔和出口孔。所述冷流体入口孔10和冷流体出口孔4在冷侧换热板1的主对角线位置，所述热流体入口孔5和热流体出口孔11在热侧板片9的副对角线位置，所述芯体中的冷流体和热流体的流向相反。

在上述实施例中，所提供的pche芯体0的换热板具体数量根据所需总换热面积和单片换热板面积确定，冷侧换热板1和热侧换热板9结构相似，冷侧换热板1和热侧换热板9的s翅型的第一排和最后一排的分布相反，例如，冷侧换热板1的第一排和最后一排为正翅α，则热侧换热板9的第一排和最后一排则为反翅。冷流体从冷流体入口孔10进入通过冷流体入口均布区2，在不连续s翅型区a进行热量交换，再经过冷流体出口收缩区3从冷流体出口孔4排出；热流体从热流体入口孔5进入通过热流体入口均布区6，在不连续s翅型区a进行热量交换，再经过热流体出口收缩区8从热流体出口孔11排出。换热板上s翅型结构扩大了对流换热面积，可增强芯体的对流换热效果，且换热板片上特殊的流道形式，内部流场均匀性好，有效降低了流道内压力损耗，从而进一步提高了pche的综合性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。