一种换热器的制作方法

本发明属于换热器技术领域，尤其涉及一种带有变截面微通道的换热器。

背景技术：

换热器是能源、机械、化工、医药、食品等领域中经常使用的热量传递装置，但现有技术中的换热器存在换热效率低、换热效果差的技术问题。特别是换热器中相互换热的两种工质的温差随着换热的推进逐渐变小时，会进一步导致换热效果的恶化，因此，需要提供一种新的换热器，来提高换热器的换热效果。

技术实现要素：

本发明提供一种变截面微通道的换热器，例如是板翅式空气冷却换热器，针对发明人在换热器研究开发中发现的交叉流动换热过程中热侧工质沿流动方向与冷侧温差减小和工质物性变化导致换热能力衰减的情况，基于板翅式换热器结构进行改进，适用于直接冷却高温高压变物性工质，特别是二氧化碳工质的冷却，其结构简单紧凑、换热能力高、节约材料易于制造。

本发明提供一种换热器，其包括：

若干换热板(1)；

若干矩形波状翅片(2)，

所述换热板(1)和矩形波状翅片(2)交替堆叠并紧密连接；

所述换热板(1)由上板(1’)和下板(1”)构成，沿第一工质流动方向，上板(1’)下表面和下板(1”)上表面依次设置相同结构的换热板入口(3)、一般换热区(4)、两级以上强化换热区、及换热板出口(3’)，一般换热区(4)及强化换热区中的每个换热区设有若干非连续翼型肋；第一工质由换热板入口(3)依次进入一般换热区(4)及每一级强化换热区，在换热区通过矩形波状翅片(2)与第二工质换热，最后由换热板出口(3’)流出；矩形波状翅片(2)中流动第二工质，与换热板(1)中的第一工质形成交叉流动换热；

第一级强化换热区的翼型肋与一般换热区(4)的翼型肋相比密度增加；后一级强化换热区的翼型肋与前一级强化换热区的翼型肋相比密度增加；

沿第一工质流动方向，与一般换热区(4)、两级以上强化换热区相对应的矩形波状翅片(2)的翅片单元的两个翅片表面之间的间距呈线性或非线性减小。

其中，第一工质为热侧工质或冷侧工质，对应地，第二工质为冷侧工质或热侧工质。第一工质和第二工质可以是同种但不同温度的工质。

所述的换热器优选地，强化换热区包括ⅰ级强化换热区(5)、ⅱ级强化换热区(6)。

所述的换热器优选地，ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋与一般换热区(4)的翼型肋相比形状保持不变，ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距与一般换热区(4)的尾端最后一组翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距相比是减小的。这样设置保证了ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋的密度相比一般换热区(4)的翼型肋的密度是增加的。

所述的换热器优选地，ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距呈线性或非线性减小；ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋之间沿垂直第一工质流动方向的间距不变。

所述的换热器优选地，ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋的最大内切圆直径沿第一工质流动方向呈线性或非线性减小。

所述的换热器优选地，ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋的最大内切圆直径沿第一工质流动方向减小的百分比小于ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距减小的百分比。

以上技术特征实现的效果是，在不减小流道截面、保证流动阻力不变的情况下，在ⅰ级强化换热区(5)增加单位长度的翼型肋数量，增加换热面积及局部流动扰动，实现换热恶化区域初步的换热强化。

所述的换热器优选地，与ⅰ级强化换热区(5)中的翼型肋相比，ⅱ级强化换热区(6)的翼型肋的形状保持不变；ⅱ级强化换热区(6)的翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距和沿垂直第一工质流动方向的间距与ⅰ级强化换热区(5)的尾端最后一组翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距和沿垂直第一工质流动方向的间距相比是减小的。这样设置保证了ⅱ级强化换热区(6)的翼型肋的密度相比ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋的密度是增加的。

所述的换热器优选地，ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋的最大内切圆直径沿第一工质流动方向呈线性或非线性减小。

所述的换热器优选地，ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋之间沿第一工质流动方向的间距呈线性或非线性减小。

所述的换热器优选地，ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋之间沿垂直第一工质流动方向的间距呈线性或非线性减小。

所述的换热器优选地，ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋自身的长度沿第一工质流动方向呈线性或非线性减小。

所述的换热器优选地，ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋的最大内切圆直径和翼型肋自身的长度沿第一工质流动方向减小的百分比均小于ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋沿垂直第一工质流动方向的间距减小的百分比。

以上技术特征实现的效果是，在不明显增加流动阻力的情况下，在后一级换热区进一步增加单位面积的翼型肋数量，增加换热面积及流动扰动，在换热最恶化区域进一步强化换热，在该换热区(6)中翼型肋最大内切圆半径沿流动方向逐渐变小，使翼型肋的肋片迎风面进一步减小以实现锐化，减缓流道截面减小引起的阻力增加。

所述的换热器优选地，所述换热板(1)和矩形波状翅片(2)以扩散焊方式连接，所述换热板(1)的上板(1’)和下板(1”)采用扩散焊方式连接。

所述的换热器优选地，所述非连续翼型肋通过光化学蚀刻加工制得。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

发明人在板翅式换热器的应用及研发中发现，对于热侧工质，特别是温度敏感型变物性工质，在换热器内与冷侧工质换热，沿流动方向温度逐步降低，与冷侧工质的温差也在减小，通常密度也在逐步增大，因此流速也在减小，相应的雷诺数减小，热侧工质在壁面的边界层厚度逐步增加，导致局部换热系数逐步减小，最终形成换热能力逐步恶化的现象。为了减缓这种现象，本发明进行了如下针对性设计：

第一、本发明在换热板设置多个换热区(优选例如一般换热区(4)、ⅰ级强化换热区(5)、ⅱ级强化换热区(6))，根据传热的恶化程度，在每个换热区中设置不同翼型肋排布形式，相应的在冷侧工质侧设置非等间距翅片结构，沿热侧工质流动方向由线到面，逐步增加换热板和翅片的换热面积和流动扰动，同时逐步调整翼型肋最大内切圆直径来调整翼型肋迎风面积，在不明显增加流动阻力的前提下实现整体换热性能的提升。

第二、本发明在每个换热区中设置不同翼型肋排布形式，具体是先逐步减小沿工质流动方向的翼型肋间距和翼型肋迎风截面，翼型肋迎风截面通过减小沿流动方向的最大内切圆直径来实现，翼型肋迎风截面减小幅度小于翼型肋间距减小幅度，增加单位长度翼型肋数量的同时不减小流道截面，效果是增加换热面积和破坏传热边界层的扰动，同时不增加阻力损失。

第三、进一步的，本发明在换热最恶化区域，沿热侧工质流动方向和垂直流动方向的翼型肋间距均减小，进一步锐化翼型肋片迎风截面和减小翼型肋片沿流动方向的长度，逐步增加换热板单位面积内的翼型肋数量，增加换热板单位面积的换热面积和流动扰动，进一步破坏壁面边界层，最终实现不明显增加流动阻力的前提下提升换热器整体换热性能。

附图说明

图1为本发明实施例的板翅式换热器的截面图；

图2为本发明实施例的板翅式换热器中换热板及翅片的内部构造图；

图3为本发明实施例的板翅式换热器中翼形肋的结构图。

具体实施方式

本发明公开了一种带有变截面微通道的换热器，例如是一种板翅式空气冷却换热器，具体可以包括热侧若干换热板、冷侧若干矩形波状翅片，所述若干换热板和矩形波状翅片交替堆叠以扩散焊方式紧密连接；所述换热板由上板和下板构成，沿热侧工质流动方向，上板下表面和下板上表面依次设置相同结构的换热板入口、一般换热区、ⅰ级强化换热区、ⅱ级强化换热区、及换热板出口，在每个区域通过光化学蚀刻加工有若干非连续翼型肋。本发明在换热板中设置多个强化换热区，根据传热的恶化程度，在每个分区中设置不同翼型肋排布形式，相应的在空气侧设置非等间距翅片结构，沿热侧工质流动方向由线到面，逐步增加换热板和翅片的换热面积和流动扰动，同时逐步调整翼型肋迎风面积，在不明显增加流动阻力的前提下实现整体换热性能的提升。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中相同的标号表示相同的元件，显然，此处所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分、描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种自动填充的热膨胀管线保温装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例

请参见图1-图3，本实施例提供一种带有变截面微通道的板翅式空气冷却换热器,包括:

热侧若干换热板(1)、冷侧若干矩形波状翅片(2)，换热板(1)和矩形波状翅片(2)交替堆叠以扩散焊方式连接。该换热器的矩形波状翅片(2)中采用空气作为冷却介质(或称冷侧工质)。热侧工质例如可以为二氧化碳工质。

其中，所述换热板(1)由上板(1’)和下板(1”)构成，沿热侧工质流动方向，上板(1’)的下表面和下板(1”)的上表面依次镜像设置有换热板入口(3)、一般换热区(4)、ⅰ级强化换热区(5)、ⅱ级强化换热区(6)、及换热板出口(3’)，每个换热区由光化学蚀刻加工有若干非连续翼型肋。

其中，请参见图2所示，各换热区中翼型肋沿流动方向的间距标记为l2，各换热区中翼型肋沿垂直工质流动方向的间距标记为l1，翼型肋沿流动方向的长度标记为l3。具体地，在各换热区中，

与一般换热区(4)中的翼型肋(4’)相比，ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋(5’)形状保持不变；

ⅰ级强化换热区(5)与一般换热区(4)相比具有以下变化特征：ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋(5’)沿热侧工质流动方向的间距与一般换热区(4)的翼型肋(4’)尾端最后一组沿流动方向的间距相比减小；ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋(5’)沿热侧工质流动方向的间距线性减小，ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋(5’)沿垂直热侧工质流动方向的间距保持不变；

ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋(5’)的最大内切圆直径(5”)与一般换热区(4)中的翼型肋(4’)最大内切圆直径(4”)相比是减小的；ⅰ级强化换热区(5)内部的翼型肋(5’)最大内切圆直径(5”)呈线性减小，最大内切圆直径(5”)减小的百分比是ⅰ级强化换热区(5)的翼型肋(5’)沿热侧工质流动方向的间距减小百分比的1/3。该技术特征实现的效果是，在不减小流道截面、保证流动阻力不变的情况下，增加换热板(1)单位长度的翼型肋数量，增加换热面积及局部流动扰动，实现换热恶化区域初步的换热强化。

与ⅰ级强化换热区(5)中的翼型肋(5’)相比，ⅱ级强化换热区(6)中的翼型肋(6’)的形状保持不变。

ⅱ级强化换热区(6)与ⅰ级强化换热区(5)相比具有以下变化：ⅱ级强化换热区(6)的翼型肋(6’)沿热侧工质流动方向间距l2和垂直热侧工质流动方向间距l1与ⅰ级强化换热区(5)尾端最后一组翼型肋(5’)沿热侧工质流动方向间距l2和垂直热侧工质流动方向的间距l1相比均减小；ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋(6’)沿热侧工质流动方向间距l2和沿垂直热侧工质流动方向间距l1均呈线性减小；

请参见图2和图3，ⅱ级强化换热区(6)的翼型肋(6’)的最大内切圆(6”)的直径和沿流动方向的长度l3与ⅰ级强化换热区中的翼型肋(5’)的最大内切圆(5”)的直径和沿流动方向的长度l3相比分别减小；ⅱ级强化换热区(6)内部的翼型肋(6’)的最大内切圆(6”)的直径和沿流动方向的长度l3线性减小；翼型肋(6’)的最大内切圆(6”)的直径和沿流动方向的长度l3减小的百分比是ⅱ级强化换热区(6)中的翼型肋(6’)沿垂直热侧工质流动方向间距l1减小的百分比的3/5。以上技术特征实现的效果是，在不明显增加流动阻力的情况下，进一步增加换热板(1)单位面积的翼型肋(6’)数量，增加换热面积及流动扰动，在换热最恶化区域进一步强化换热，翼型肋最大内切圆半径逐渐变小使肋片迎风面(6”’)进一步减小以实现锐化，减缓流道截面减小引起的阻力增加。

上述一般换热区(4)、ⅰ级强化换热区(5)、ⅱ级强化换热区(6)上的翼型肋(4’、5’、6’)构成变截面微通道。

请参见图2所示，沿热侧流动方向，与一般换热区(4)、ⅰ级强化换热区(5)、ⅱ级强化换热区(6)相对应的不同区域的矩形波状翅片(2)的翅片单元的两个相对的翅片表面的间距l4(图2中所示)呈线性减小，其效果是在冷侧(空气侧)增加换热面积，强化热侧换热最恶化区域的热侧工质与空气的换热能力。

本实施例中板翅式空气冷却换热器的设计理念也适用于其他类型的换热器。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。