一种印刷电路板换热板片结构、换热器及换热方法 |
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| 申请号 | CN202210344097.2 | 申请日 | 2022-04-02 | 公开(公告)号 | CN114623720B | 公开(公告)日 | 2024-04-23 |
| 申请人 | 西安热工研究院有限公司; | 发明人 | 杨玉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种印刷 电路 板换热板片结构、换热器及换热方法，结构简单，能够有效减少换热过程中的#imgabs0#损失，降低了设备的复杂程度和设备成本。包括依次设置的多个常规流道区，相邻的常规流道区之间设置有分流汇流区，所述分流汇流区的相对两端口与相邻的常规流道区连通，分流汇流区未与常规流道区连通的端口设置有中间进出口区；其中，所述分流汇流区内的流道采用间断翅片结构，所述间断翅片结构包括若干行翅片，同一行翅片中相邻两个翅片之间有间隙；首尾两端的常规流道区分别与换热板片的板片进口和板片出口连通。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种印刷电路板换热板片结构，其特征在于，包括依次设置的多个常规流道区(2)，相邻的常规流道区(2)之间设置有分流汇流区(3)，所述分流汇流区(3)的相对两端口与相邻的常规流道区(2)连通，分流汇流区(3)未与常规流道区(2)连通的端口设置有中间进出口区(4)； |
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| 说明书全文 | 一种印刷电路板换热板片结构、换热器及换热方法技术领域背景技术[0002] 印刷电路板换热器具有换热效率高、设备紧凑、可同时承受高温高压等特点，在超临界二氧化碳布雷顿循环、海上石油钻井平台、航空航天、燃料电池、熔盐储热等领域具有广阔的应用前景。在新兴的电热储能或“卡诺电池”技术中，印刷电路板换热器可用于实现热量在储热介质与做功介质之间进行传递。液态储热介质一般有熔盐、导热油和液态金属等，而做功介质一般有水/水蒸气、二氧化碳、有机工质等。 [0004] 现有技术中，在换热过程中一般采用改变储热介质的流量，来实现较小平均的传热温差，这样就需要将换热过程分成若干段，每段采用适当的储热介质流量。在这种情况下，原本单个换热器可实现的功能就需要多个小型的换热器来实现，进而增加了设备复杂程度和成本，以及换热系统的阻力，无法体现出采用分段换热的优势，经济性较差。 发明内容[0005] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种印刷电路板换热板片结构、换热器及换热方法，结构简单，能够有效减少换热过程中的 损失，降低了设备的复杂程度和设备成本。 [0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： [0007] 一种印刷电路板换热板片结构，包括依次设置的多个常规流道区，相邻的常规流道区之间设置有分流汇流区，所述分流汇流区的相对两端口与相邻的常规流道区连通，分流汇流区未与常规流道区连通的端口设置有中间进出口区； [0008] 其中，所述分流汇流区内的流道采用间断翅片结构，所述间断翅片结构包括若干行翅片，同一行翅片中相邻两个翅片之间有间隙； [0009] 首尾两端的常规流道区分别与换热板片的板片进口和板片出口连通。 [0010] 优选地，其特征在于，所述分流汇流区内相邻行翅片中的各翅片错列分布。 [0011] 优选地，其特征在于，所述分流汇流区内相邻行翅片中的各翅片相对分布。 [0012] 优选地，其特征在于，所述常规流道区和中间进出口区内的流道采用直管结构、正弦型结构和间断翅片结构中的一种或者组合。 [0013] 优选地，其特征在于，所述翅片采用机翼型翅片或者S型翅片。 [0014] 优选地，其特征在于，所述常规流道区和分流汇流区的流通截面积比值根据换热需求确定。 [0015] 优选地，其特征在于，所述换热板片上设置有一个或多个分流汇流区以及对应的中间进出口区。 [0017] 其中，分流汇流集箱的对应位置处设有与中间进出口区连通的中间进出口。 [0018] 一种印刷电路板换热板片结构的换热方法，包括如下步骤： [0019] 主流体从换热板片的板片进口进入常规流道区并与常规流道区另一侧的流体换热后流入分流汇流区； [0020] 外部的换热工质从中间进出口区进入分流汇流区，与主流体汇流换热，换热后的部分流体从中间进出口区流出换热板片，另一部分流体继续流入下一常规流道区参与换热，直至换热完成后从换热板片的板片出口流出。 [0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0022] 本发明提供的一种印刷电路板换热板片结构，通过在换热板片上设置分流汇流区和中间进出口区，外部换热介质从中间进出口区流入分流汇流区内部，与内部的主流体汇流并分流，进行储热介质流量之间的换热，实现较小平均的传热温差，提高换热效率，通过单个换热器中设置多个中间进出口区和分流汇流区，即单个换热器的多出口和多入口，即可实现不同区段上不同储热介质流量的换热过程，无需设置多段不同流量的多分段小型换热器，简化了换热设备的结构，降低了制造成本和系统的阻力损失，同时分流汇流区内的流道采用间断翅片结构，相较于传统连续流动结构，间断分布的翅片形成周期性横向联通的流道，流体的重复流动及分配，传热面积密度小，能够有效地提高流动分配的均匀性，进而提高换热器的热效率。附图说明 [0023] 图1为本发明实施例中换热板片结构示意图； [0024] 图2为本发明实施例中换热板片结构示意图； [0025] 图3为本发明实施例中换热板片结构示意图； [0026] 图4为本发明实施例中换热板片结构示意图； [0027] 图5为本发明实施例中采用图2换热板片的换热器结构示意图； [0028] 图6为本发明分流汇流区内相邻行翅片中的各翅片错列分布示意图； [0029] 图7为本发明分流汇流区内相邻行翅片中的各翅片相对分布示意图。 [0030] 图中，1、换热板片；2、常规流道区；3、分流汇流区；4、中间进出口区；5、板片进口；6、板片出口；7、间断翅片结构；8、常规流道区内的流道；9、10、11、12为中间为进出口；13、机翼型翅片；14、印刷电路板换热器；15、冷侧进口；16、冷侧进口集箱；17、冷侧出口；18、冷侧出口集箱；19、热侧进口集箱；20、热侧出口集箱；21、热侧出口；22、中间集箱A；23、中间集箱B；24、中间集箱进出口。 具体实施方式[0031] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。 [0032] 需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 [0033] 下面结合附图对本发明做进一步详细描述： [0034] 如图1‑4所示，本发明一种印刷电路板换热板片结构，依次设置的多个常规流道区2，相邻的常规流道区2之间设置有分流汇流区3，所述分流汇流区3的相对两端口与相邻的常规流道区2连通，起到分流和汇流的作用，分流汇流区3未与常规流道区2连通的端口中的一个端口处设有中间进出口区4或两个端口处均设置有中间进出口区4； [0035] 其中，所述分流汇流区3内的流道采用间断翅片结构7，包括若干行翅片，同一行翅片中相邻两个翅片之间有间隙； [0036] 首尾两端的常规流道区2分别连通换热板片1的板片进口和板片出口。 [0037] 本发明提供一种印刷电路板换热板片结构，通过在换热板片1上设置分流汇流区3和中间进出口区4，外部换热介质从中间进出口区4流入分流汇流区3内部，与内部的主流体汇流并分流，进行适储热介质流量之间的换热，实现较小平均的传热温差，提高换热效率，通过单个换热器中设置多个中间进出口区4和分流汇流区3，即单个换热器的多出口和多入口，即可实现不同区段上不同储热介质流量的换热过程，无需设置多段不同流量的多分段小型换热器，简化了换热设备的结构，降低了制造成本和系统的阻力损失，同时分流汇流区3内的流道采用间断翅片结构7，相较于传统连续流动结构，间断分布的翅片形成周期性横向联通的流道，流体的重复流动及分配，传热面积密度小，能够有效地提高流动分配的均匀性，进而提高换热器的热效率。 [0038] 优选地，如图6所示，所述分流汇流区3内相邻行翅片中的各翅片错列分布。 [0039] 优选地，如图7所示，所述分流汇流区3内相邻行翅片中的各翅片相对分布。 [0040] 优选地，以主流体的工质流向进行上下游的区分，所述的分流汇流区3流道的间断翅片结构7为上下游对称的间断翅片式结构。 [0041] 进一步地，所述常规流道区2内的流道和中间进出口区4内的流道采用直管结构、正弦型结构和间断翅片结构7中的一种或者组合，本发明可根据实际工况需求选取常规流道区2和中间进出口区4内的流道结构。 [0042] 优选地，所述翅片采用机翼型翅片13或者S型翅片，本发明中的翅片为机翼型翅片13或S型翅片，能够有效抑制流动分离、消除回流及涡旋，提升流体流动分配的均匀性，显著降低流动阻力损失，同时工质在流通过程中，通过间断的翅片反复冲击热边界层，以抑制热边界层的发展，减小热边界层的厚度，具有强化传热的作用。 [0043] 进一步地，所述常规流道区2和分流汇流区3的流通截面积比值根据换热需求进行流量变化的设定，能够尽可能减小做功介质在换热过程中较大的比热变化，并减小两种工质的温度变化曲线的相差斜率，降低换热过程中的 损失。 [0044] 进一步地，所述换热板片1上设置有一个或多个分流汇流区3以及对应的中间进出口区4，本发明根据做工介质流量和换热需求设置一个或多个分流汇流区3，在工质流量较小的情况下，设置一个分流汇流区3进行换热，减小换热阻力和简化换热设备结构，在工质流量较大的情况下，设置多个分流汇流区3进行换热，提高换热效率，保证印刷电路板换热器的换热质量。 [0045] 本发明还提供一种印刷电路板换热器，包括上述所述的印刷电路板换热板片结构和分流汇流集箱，印刷电路板换热板片结构的一侧为冷侧，用于流通低温介质，另一侧为热侧，用于流通高温介质，冷侧和热侧都可设置若干个分流汇流集箱； [0046] 其中，分流汇流集箱的对应位置处设有与中间进出口区4连通的中间进出口。 [0047] 本发明还提供一种印刷电路板换热板片结构的换热方法，包括如下步骤： [0048] 主流体从换热板片1的板片进口进入常规流道区2并与常规流道区2另一侧的流体换热后流入分流汇流区3； [0049] 外部的换热工质从中间进出口区4进入分流汇流区3，与主流体汇流换热，换热后的部分流体从中间进出口区4流出换热板片1，另一部分流体继续流入下一常规流道区2参与换热，直至换热完成后从换热板片1的板片出口流出。 [0050] 实施例 [0051] 如图1和图2所示，本实施例所述的一种多进口和多出口的印刷电路板换热器的换热板片1，由常规流道区2、分流汇流区3和中间进出口区4组成。分流汇流区3的上下游分别与常规流道区2相连通，分流汇流区3的一侧(如图2所示)或两侧(如图1所示)与中间进出口区4相连通。 [0052] 本实施例所述的一种多进口和多出口的印刷电路板换热器的换热板片1，由常规流道区2、分流汇流区3和中间进出口区4组成，可设置多个分流汇流区3和中间进出口区4，每个分流汇流区3的一侧(如图3所示)或两侧(如图4所示)均与中间进出口区4相连通。 [0053] 如图5所示，本实施例所述的一种多进口和多出口的印刷电路板换热器14，包括换热集箱和如图2所示的换热板片1，其中，换热集箱包括冷侧集箱、中间集箱以及热侧集箱，冷侧集箱分为冷侧进口集箱16和冷侧出口集箱18，冷侧进口集箱16上设有冷侧进口15，用于通入低温介质，冷侧出口集箱18上设有冷侧出口17，用于流出低温介质；中间集箱根据中间进出口区44的数量对应设置，如图2所示的实施例中，中间集箱包括中间集箱A22和中间集箱B23，中间集箱上设有中间集箱进出口24，中间集箱进出口24与换热板片1上的中间进出口区44相连通；热侧集箱分为热侧进口集箱19和热侧出口集箱20，热侧进口集箱19上设有热侧进口，用于通入高温介质，热侧出口集箱20上设有热侧出口21，用于流出高温介质。 [0054] 本发明所述换热器的具体换热过程为： [0055] 如图1和图2所示，换热工质从板片进口5进入流道，在常规流道区2与换热器另一侧的流体换热，然后进入分流汇流区3。分流汇流区3可起到分流和汇流两种作用。分流汇流区3与中间进出口区4相连通，一方面分流汇流区3中的流体流向中间进出口区4，就实现了分流的功能；另一方面，外部流体通过中间进出口区4进入分流汇流区3，就实现了汇流的作用。分流或汇流之后的流体继续进入下游的常规流道区2参与换热，最终从板片出口6流出换热流道。 [0056] 如图3和图4所示，换热工质从板片进口5进入流道，在常规流道区2与换热器另一侧的流体换热，然后进入分流汇流区3。此时，外部的换热工质由中间进出口9或9和11进入分流汇流区3，与主流一起进入下游的常规流道区2，然后在下一个分流汇流区3部分工质由中间进出口10或10和12经中间进出口区4流出换热板片1。分流之后的流体继续进入下游的常规流道区2参与换热，最终从板片出口6流出换热流道。 [0057] 如图3和图4所示，换热工质从板片进口5进入流道，在常规流道区2与换热器另一侧的流体换热，然后进入分流汇流区3。此时，主流的部分工质由中间进出口9或9和11流出换热板片1，剩余工质进入下游的常规流道区2，然后在下一个分流汇流区3部分工质由中间进出口10或10和12经中间进出口区4流出换热板片1。分流之后的流体继续进入下游的常规流道区2参与换热，最终从板片出口6流出换热流道。 [0058] 如图3和图4所示，换热工质从板片进口5进入流道，在常规流道区2与换热器另一侧的流体换热，然后进入分流汇流区3。此时，外部的换热工质由中间进出口9或9和11进入分流汇流区3，与主流一起进入下游的常规流道区2，在下一个分流汇流区3，又有部分外部换热工质经由中间进出口10或10和12进入分流汇流区3。汇流之后的流体继续进入下游的常规流道区2参与换热，最终从板片出口6流出换热流道。 [0059] 如图3和图4所示，换热工质从板片进口5进入流道，在常规流道区2与换热器另一侧的流体换热，然后进入分流汇流区3。此时，主流的部分工质由中间进出口9或9和11流出换热板片1，剩余工质进入下游的常规流道区2。在下一个分流汇流区3，有部分外部换热工质经由中间进出口10或10和12进入分流汇流区3。汇流之后的流体继续进入下游的常规流道区2参与换热，最终从板片出口6流出换热流道。 [0060] 如图5所示，经中间进出口9、10、11或12流出换热板片1的工质经中间集箱22或23流出换热器14，经中间进出口9、10、11或12流入换热板片1的工质先经过中间集箱22或23进入换热器14。 [0061] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。 |
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