一种粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体的制作方法

本实用新型属于换热装置领域，涉及一种粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体。

背景技术：

印刷电路板式换热器(printed circuit heat exchanger,PCHE)属于微通道板式换热器范畴。PCHE具有结构紧凑、耐高温、耐高压、安全可靠等优点，在制冷空调、石油天然气、核工业、化工工业、电力工业等领域应用广泛。

换热芯体是PCHE的核心部件，从外形结构来看它具有多孔芯体的结构特点。芯体中的微型孔道为传热介质提供了流动通道，而芯体中的基体材料(一般为金属板材)则起到了在高温介质和低温介质之间传递热量的作用。PCHE芯体的主要加工工艺为：首先利用(光)化学蚀刻技术在金属薄板上加工出所需的微型孔道，之后利用扩散焊技术将多层含有微通道的金属板片连接形成整块芯体。

目前技术发展成熟、已投入工程应用的PCHE芯体微通道结构有两种：直通道和Z形通道结构。直通道为沿流动方向的直线形结构，直通道PCHE的优点是结构简单、阻力损失小，但缺点是传热系数较低、传热能力差。Z形通道为沿流动方向的折线形结构，Z形通道PCHE优点是传热系数高、传热能力强，但缺点是阻力损失大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体，该芯体具有阻力损失小、传热能力强的特点。

为达到上述目的，本实用新型所述的粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体包括芯体本体，芯体本体内设置有若干高温介质通道及若干低温介质通道，其中，各高温介质通道的底部及低温介质通道的底部均设置有若干粗糙元。

所有低温介质通道分为若干组，各组低温介质通道内的各低温介质通道在水平方向上平行且等间距分布；所有高温介质通道分为若干组，各组高温介质通道内的各高温介质通道在水平方向上平行且等间距分布。

高温介质通道与低温介质通道之间相互平行或者垂直。

各高温介质通道及各低温介质通道均为直通道结构。

高温介质通道内的各粗糙元沿轴向依次分布；

低温介质通道内的各粗糙元沿轴向依次分布。

各粗糙元为二维粗糙元或三维粗糙元。

所述二维粗糙元为矩形结构、三角形结构、半椭圆形结构或者梯形结构。

所述三维粗糙元为圆柱体结构、圆锥体结构、半椭球体结构或者长方体结构。

粗糙元的节距popt＝(6～12)h，其中，h为粗糙元的高度。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体在具体操作时，各高温介质通道的底部及低温介质通道的底部均设置有若干粗糙元，通过粗糙元对流体介质的扰动作用改变介质通道底部的流动结构，以形成漩涡，从而增大介质通道壁面附近区域流体的湍流强度，强化流体介质与通道壁面的传热，经试验，本实用新型与现有光滑直通道PCHE芯体相比，芯体的传热系数能够增大30％～90％。另外，本实用新型中粗糙元的扰动作用影响仅限于近壁处的边界层区域，粗糙元对介质通道内主流区的流动结构影响较小，因此粗糙元引起的流体介质压损增加幅度有限，经试验，本实用新型的压损仅为现有Z形通道PCHE芯体压损的1/4～1/2。同时本实用新型中的粗糙元能够增加介质通道的传热面积，与现有无粗糙元的PCHE芯体相比，本实用新型的传热面积密度更大，在相同传热量情况下，本实用新型的结构更为紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中粗糙元4的一种分布图；

图3为本实用新型中粗糙元4的一种结构示意图；

图4为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图5为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图6为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图7为本实用新型中粗糙元4的另一种分布图；

图8为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图9为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图10为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图；

图11为本实用新型中粗糙元4的另一种结构示意图。

其中，1为高温介质通道、2为低温介质通道、3为芯体本体、4为粗糙元。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型所述的粗糙表面结构印刷电路板式换热器芯体包括芯体本体3，芯体本体3内设置有若干高温介质通道1及若干低温介质通道2，其中，各高温介质通道1的底部及低温介质通道2的底部均设置有若干粗糙元4。

所有低温介质通道2分为若干组，各组低温介质通道内各低温介质通道2在水平方向上平行且等间距分布；所有高温介质通道1分为若干组，各组高温介质通道内各高温介质通道1在水平方向上平行且等间距分布。

各高温介质通道1及各低温介质通道2均为直通道结构；高温介质通道1内的各粗糙元4沿轴向依次分布；低温介质通道2内的各粗糙元4沿轴向依次分布。

参考图2至图11，各粗糙元4为二维粗糙元或三维粗糙元，所述二维粗糙元为矩形结构、三角形结构、半椭圆形结构或者梯形结构；所述三维粗糙元为圆柱体结构、圆锥体结构、半椭球体结构或者长方体结构，在实际应用中，可以通过改变粗糙元4的形状以改变换热器芯体的流动及传热特性。

高温介质通道1与低温介质通道2之间相互平行或者垂直，当高温介质通道1与低温介质通道2相互平行时，低温介质与高温介质为逆流换热或者顺流换热，当高温介质通道1与低温介质通道2相互垂直时，高温介质与低温介质为交错流动换热。

在使用时，通过粗糙元4对流体介质的扰动作用引发流体流动分离，进而在粗糙元4下游形成旋涡，通过旋涡改变流体的流动结构，增加介质通道壁面附近区域流体的湍流强度，进而强化流体介质与壁面间的传热。

所述粗糙元4采用化学蚀刻方法加工而成，粗糙元4为二维粗糙元或者三维粗糙元。其中，二维粗糙元为连续肋片结构，其结构参数包括粗糙元4的高h、粗糙元4的节距p、粗糙元4的倾角θ以及粗糙元4的形状。三维粗糙元为非连续针肋结构，其结构参数为粗糙元4的高h、粗糙元4的节距p、粗糙元4的横向间距ph以及粗糙元4的形状，其中，粗糙元4的高h及粗糙元4的节距p对粗糙元4的强化传热效果影响最大。当粗糙元4的高h小于流体介质在壁面上的层流底层厚度δ时，粗糙元4完全浸没于层流底层内部，粗糙元4对流体无扰动作用，强化传热效果为零。当粗糙元4的高h大于流体介质在壁面上的层流底层厚度δ时，粗糙元4对流体开始产生扰动作用，此时的扰动及强化传热效果随粗糙元4高h的增大而增强，流体压损也随h的增大而增大。当流体介质绕流粗糙元4而在其下游形成旋涡时，粗糙元4的节距p对旋涡的流动结构影响很大。粗糙元4的节距p较小时，旋涡尚未达到充分发展，湍流强度增幅有限，强化传热效果不明显；粗糙元4的节距p较大时，旋涡无法充满相邻粗糙元4之间的空间，导致相邻粗糙元4之间存在无旋涡、无扰动区域，降低了壁面附近的湍流水平，强化传热效果被削弱。粗糙元4的最佳节距为popt≈(6～12)h，在此范围内既可保证旋涡充分发展，以充分发挥粗糙元4的扰动作用，又能保证旋涡充满粗糙元4之间的空间，避免出现无旋涡支配的低湍流强度区域，因此能够得到最优的强化换热效果。

在实际操作时，通过调整粗糙元4的高h、粗糙元4的节距p以及粗糙元4的形状即可改变换热介质通道壁面附近区域的湍流强度以及换热通道的传热面积，进而调控PCHE换热芯体的流动、传热特性，以适应不同应用场合、不同设计工况的要求。

以上详细说明仅为本实用新型的较佳实施例，不能以此限定本实用新型的范围。即凡是依据本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。