一种换热装置、换热系统及制造方法与流程

本发明涉及工程换热，具体涉及一种换热装置、换热系统及制造方法。

背景技术：

1、强化传热对能源装备的结构优化和能效提升具有重大意义。强化传热技术按照是否消耗外加动力分为主动技术和被动技术。主动技术主要有机械搅动、表面振动、流体振动、电磁场、喷射或吸出等，通过外界能量直接改变流动状态；被动技术主要有处理表面、粗糙表面、发展表面、扰流元件、涡流发生器、螺旋管、添加物、射流冲击等，围绕结构造型优化实现流动状态改变。

2、表面振动和流体振动作为振动强化换热技术，可以有效抑制换热结构的表面污垢、降低污垢热阻，其主要作用机理是通过减小或破坏壁面附近的粘性和热边界层，从而实现换热设备的传质和传热强化作用。

3、现有的振动强化传热技术，需要借助流体的脉动诱导装置对换热结构施加振动作用，而通过控制流体脉动或共振作用需要复杂的工艺路线。基于上述工艺路线，通过在管路流道设置弹性管束、弹簧和共振体等结构，激发换热管道产生振动作用，该过程涉及质量－弹簧－阻尼的结构匹配设计，这一方面增加了结构的复杂程度，另一方面也增加了结构的安装难度，提高了工艺路线的实现成本。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的振动强化传热，需要借助流体的脉动诱导装置对换热结构施加振动作用，该工艺路线要涉及质量－弹簧－阻尼的结构匹配设计，存在结构复杂、成本高的缺陷，从而提供一种换热装置、换热系统及制造方法。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种换热装置，包括：

3、面板组件，适于与振动器连接，所述面板组件包括对应设置的上面板和下面板，所述上面板和下面板间形成有换热流道，所述上面板设有朝向下面板的若干个尖角、或下面板设有朝向上面板的若干个尖角，所述上面板和下面板间适于流动冷却工质，所述冷却工质适于由动力泵提供流动动力，所述上面板设有入液口和出液口，所述冷却工质自入液口进入、经换热流道后到达出液口，所述尖角在振动器产生的低频振动下与冷却工质产生声流效应，以实现换热。

4、可选地，所述尖角为倾斜或垂直于面板设置。

5、可选地，所述尖角的角平分线与上面板或下面板的夹角为30～90°。

6、可选地，所述尖角与上面板或下面板一体成型设置。

7、一种换热系统，包括上述的换热装置。

8、可选地，还包括振动器、动力泵和冷却工质，所述振动器设于下面板的底面的下方，所述动力泵以将冷却工质输入至换热流道内。

9、可选地，所述振动器与下面板间还设有导热硅胶垫。

10、可选地，所述振动器的振幅为a，a的范围为0.5～5mm。

11、可选地，所述尖角的顶角为弧形，所述顶角的曲率直径范围为2r＝0.5～2.0a。

12、可选地，所述尖角的高度为h，h＝10～20a，所述尖角的高度为5～100mm。

13、可选地，所述尖角的顶角为α，α＝15～60°。

14、可选地，所述尖角成错位分布，沿冷却工质流动方向，相邻尖角的间距为s1＝4h＊tan(α/2)～8h＊tan(α/2)，该参数的设计范围为2.6mm～460mm。

15、可选地，沿垂直于冷却工质流动方向的方向，相邻尖角的间距为l1＝4h＊tan(α/2)～8h＊tan(α/2)，该参数的设计范围为2.6mm～460mm。

16、一种换热装置的制造方法，采用增材制造的方式制作上面板和下面板。

17、可选地，包括以下步骤：

18、1)选择金属材料，进行几何建模，设计好上面板、下面板和尖角；

19、2)根据增材制造的尺寸设计上面板和下面板的尺寸，通过机加工完成板材和周侧封头加工，并在上面板完成入液口和出液口的加工；

20、3)确定成型位姿，固定面板，填充保护气，对上面板或下面板进行预热；

21、4)通过选区激光熔覆技术，分别在上面板和下面板上进行尖角的增材制造；

22、5)对尖角成型的上面板和下面板进行热处理，通过机加工方法对上面板或下面板进行加工；

23、6)重复步骤3)－5)，以批量化生产上面板和下面板，通过焊接完成上面板、下面板、侧面板和周侧封头的焊接封装；

24、7)对换热组件进行热处理。

25、本发明技术方案，具有如下优点：

26、1.本发明提供的换热装置，包括面板组件，面板组件适于与振动器连接，面板组件包括对应设置的上面板和下面板，上面板和下面板间形成有换热流道，上面板设有朝向下面板的若干个尖角、或下面板设于朝向上面板的若干个尖角，尖角成错位分布，上面板和下面板间适于流动冷却工质，冷却工质适于由动力泵提供流动动力，上面板设有入液口和出液口，冷却工质自入液口进入、经换热流道后到达出液口，尖角在振动器产生的低频振动下与冷却工质产生声流效应，以实现换热。借助振动器的低频振动诱导流体产生声流效应，有效利用了外界低频振动能量补充流体工质的泵送动能，以协同流体流动有效降低了设备泵功，提高了换热过程经济性。借助尖角，可以实现不同振动工况下声流效应的直接诱导，规避了现有超声共振所需的质量－弹簧－阻尼的结构匹配设计，大幅降低了工艺设计难度。借助振动器的低频振动能量，在尖角附近诱导产生声流作用，产生的声流作用在流道内产生射流冲击，使得射流冲击的对侧壁面产生边界层的减小和破坏作用，实现传热传质强化，完成热质交换的射流与冷却工质相互耦合，最终实现低频振动强化换热过程。

27、2.本发明提供的换热装置，所述尖角为倾斜或垂直于面板设置，以与冷却工质的流动方向适配。

28、3.本发明提供的换热装置，尖角的角平分线与上面板或下面板的夹角为30～90°，实现尖角的倾斜或与面板设置。

29、4.本发明提供的换热装置，尖角与上面板或下面板一体成型设置，增强尖角的连接强度。

30、5.本发明提供的换热系统，包括上述的换热装置，由于采用了上述任一项所述的换热装置，因此具有上述任一项所述的优点。

31、6.本发明提供的换热系统，还包括振动器、动力泵和冷却工质，振动器设于下面板的底面的下方，动力泵以将冷却工质输入至换热流道内，动力泵以提供冷却工质在换热流道中流动的动力。

32、7.本发明提供的换热系统，振动器与下面板间还设有导热硅胶垫，导热硅胶垫以传递下面板的热量。

33、8.本发明提供的换热系统，振动器的振幅为a，a的范围0.5～5mm，尖角的顶角为弧形，顶角的曲率直径范围为2r＝0.5～2.0a，尖角的顶角为弧形以利于冷却工质的流动。

34、9.本发明提供的换热系统，尖角的高度为h，h＝10～20a，尖角的高度为5～100mm，尖角为顶角为α，α＝15～60°，以根据振幅设计尖角高度和顶角大小。

35、10.本发明提供的换热系统，沿冷却工质流动方向，所述相邻尖角的间距为s1＝4h＊tan(α/2)～8h＊tan(α/2)，该参数的设计范围为2.6mm～460mm，沿垂直于冷却工质流动方向的方向，相邻尖角的间距为l1＝4h＊tan(α/2)～8h＊tan(α/2)，该参数的设计范围为2.6mm～460mm，以合理设置间距。