多流程微孔换热器.pdf

本发明提供一种多流程微孔换热器，它的热介质入口集合器、热介质出口集合器分别位于主体部分相对的两侧，热介质流道沿直线方向延伸，冷介质入口集合器、冷介质出口集合器分别位于主体部分的相对的两个对角位置，冷介质流道先从冷介质入口集合器处开始，沿与热介质流道相垂直的方向延伸至冷介质板片的边缘，再回转沿与热介质流道相垂直的方向延伸至冷介质板片的另一边缘，冷介质流道迂回前进直至与冷介质出口集合器相连通。该多流程微孔换热器，具有较大的换热面积，同时采用多流程流道与单流程流道结合的方式，保证了高效的换热能力；在结构上采用光电化学刻蚀工艺和原子扩散工艺加工制造，保证了换热芯体的耐高温高压的能力，结构形式简单。

1.  一种多流程微孔换热器，其特征在于：它包括主体部分(1)，所述主体部分(1)上固定有至少一个换热芯体(2)，所述换热芯体(2)包括底板(21)、顶板(22)和夹在所述底板(21)、顶板(22)之间的至少一层冷介质板片(23)、至少一层热介质板片(24)，所述冷介质板片(23)、热介质板片(24)交替重叠，所述冷介质板片(23)上刻蚀有多条相互平行的冷介质流道(25)，所述热介质板片(24)上刻蚀有多条相互平行的热介质流道(26)；所述主体部分(1)上还设有热介质入口集合器(3)、热介质出口集合器(4)、冷介质入口集合器(5)和冷介质出口集合器(6)，所述热介质入口集合器(3)、热介质出口集合器(4)分别与所述热介质流道(26)的两端连通，所述冷介质入口集合器(5)、冷介质出口集合器(6)分别与所述冷介质流道(25)的两端连通；所述热介质入口集合器(3)、热介质出口集合器(4)分别位于所述主体部分(1)相对的两侧，所述热介质流道(26)沿直线方向延伸，所述冷介质入口集合器(5)、冷介质出口集合器(6)分别位于所述主体部分(1)的相对的两个对角位置，所述冷介质流道(25)先从所述冷介质入口集合器(5)处开始，沿与所述热介质流道(26)相垂直的方向延伸至冷介质板片(23)的边缘，再回转沿与热介质流道(26)相垂直的方向延伸至冷介质板片(23)的另一边缘，所述冷介质流道(25)迂回前进直至与冷介质出口集合器(6)相连通。

2.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述冷介质流道(25)布满所述冷介质板片(23)。

3.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述热介质流道(26)沿流向设有多个弯道，沿流向曲折向前。

4.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述热介质流道(26)的截面为半圆形。

5.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述热介质流道(26)通过光电化学刻蚀工艺刻蚀而成。

6.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述冷介质流道(25)沿流向设有多个弯道，沿流向曲折向前。

7.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述冷介质流道(25)的截面为半圆形。

8.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述冷介质流道(25)通过光电化学刻蚀工艺刻蚀而成。

9.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述冷介质板片(23)、热介质 板片(24)通过原子扩散方式互熔形成一体式结构。

10.  根据权利要求1所述的多流程微孔换热器，其特征在于：所述热介质入口集合器(3)、热介质出口集合器(4)、冷介质入口集合器(5)和冷介质出口集合器(6)通过焊接方式与主体部分(1)连为一体。

多流程微孔换热器
技术领域
本发明涉及一种多流程微孔换热器。
背景技术
换热器具有多种形式，如翅片式换热器、板式换热器、套管式换热器、管壳式换热器等，不同的换热器针对不同的使用场合。
随着航空航天、石油化工等产业的发展，对于换热器的需求也越来越广泛，同时对换热器的要求也越来越高。如航空航天工程设备因空间有限，往往需要采用尺寸小、重量轻、传热效率高的紧凑式换热器；石油化工行业由于传统换热器体积庞大，安装复杂，换热效率低下等缺点，也需要采用轻量化、紧凑型、易安装的新型换热器。
目前国际上生产微孔换热器的公司只有英国Heatric公司，形成了一家独大的局面。开发具有自主知识产权的微孔换热器，对于我国石油化工、航空航天产业都具有重要意义。传统的微孔换热器采用单流程流动形式，在换热效率上有一定局限性。本发明是基于传统单流程流道，进行技术改进，采用多流程流道与单流程流道结合方式，实现高效换热。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多流程微孔换热器，用于解决现有技术中传统的换热器采用单流程流动形式，在换热效率上有一定局限性的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多流程微孔换热器，它包括主体部分，主体部分上固定有至少一个换热芯体，换热芯体包括底板、顶板和夹在底板、顶板之间的至少一层冷介质板片、至少一层热介质板片，冷介质板片、热介质板片交替重叠，冷介质板片上刻蚀有多条相互平行的冷介质流道，热介质板片上刻蚀有多条相互平行的热介质流道；主体部分上还设有热介质入口集合器、热介质出口集合器、冷介质入口集合器和冷介质出口集合器，热介质入口集合器、热介质出口集合器分别与热介质流道的两端连通，冷介质入口集合器、冷介质出口集合器分别与冷介质流道的两端连通；热介质入口集合器、热介质出口集合器分别位于主体部分相对的两侧，热介质流道沿直线方向延伸，冷介质入口集合器、冷介质出口集合器分别位于主体部分的相对的两个对角位置，冷介质流道先从冷介质入口集合器处开始，沿与热介质流道相垂直的方向延伸至冷介质板片的边缘，再回转沿与热介质流道相垂直的方向延伸至冷介质板片的另一边缘，冷介质流道迂回前进直至与冷介质出口集合器相 连通。
优选的，冷介质流道布满冷介质板片。
优选的，热介质流道沿流向设有多个弯道，沿流向曲折向前。
优选的，热介质流道的截面为半圆形。
优选的，热介质流道通过光电化学刻蚀工艺刻蚀而成。
优选的，冷介质流道沿流向设有多个弯道，沿流向曲折向前。
优选的，冷介质流道的截面为半圆形。
优选的，冷介质流道通过光电化学刻蚀工艺刻蚀而成。
优选的，多层冷介质板片、热介质板片通过原子扩散方式互熔形成一体式结构。
优选的，热介质入口集合器、热介质出口集合器、冷介质入口集合器和冷介质出口集合器通过焊接方式与主体部分连为一体。
如上所述，本发明多流程微孔换热器，具有以下有益效果：
1、传热面积密度高，换热效率高；
2、制造工艺上，采用光电化学刻蚀和原子扩散粘合技术，能够形成各种形状的通道结构，其换热芯体由唯一的母体材料构成，无需垫片和焊接，能有效的减少泄露和振动损失，提高使用寿命；
3、从结构上来说，此种微孔换热器流道能有效减少压降，降低堵塞带来的影响；
4、采用一体式结构，此种微孔换热器能够抗高低温以及高压要求，同时减少管道及阀门的应用，结构稳定，安全性好，尺寸小，重量轻，安装方便，无需维护。
附图说明
图1显示为本发明多流程微孔换热器的结构示意图。
图2显示为图1所示的多流程微孔换热器的左视图。
图3显示为图1所示的多流程微孔换热器的换热芯体的剖视图。
图4显示为图3所示的多流程微孔换热器的换热芯体的局部放大图。
图5显示为图1所示的多流程微孔换热器的热介质板片的结构示意图。
图6显示为图1所示的多流程微孔换热器的冷介质板片的结构示意图。
图7a显示为图1所示的多流程微孔换热器的冷介质入口集合器、冷介质出口集合器的结构示意图。
图7b显示为图7a所示的多流程微孔换热器的冷介质入口集合器、冷介质出口集合器的 A-A向示意图。
图7c显示为图7a所示的多流程微孔换热器的冷介质入口集合器、冷介质出口集合器的B-B向示意图。
图8a显示为图1所示的多流程微孔换热器的热介质入口集合器、热介质出口集合器的结构示意图。
图8b显示为图8a所示的多流程微孔换热器的热介质入口集合器、热介质出口集合器的A-A向示意图。
图8c显示为图8a所示的多流程微孔换热器的热介质入口集合器、热介质出口集合器的B-B向示意图。
元件标号说明
1                      主体部分
2                      换热芯体
21                     底板
22                     顶板
23                     冷介质板片
24                     热介质板片
25                     冷介质流道
26                     热介质流道
3                      热介质入口集合器
4                      热介质出口集合器
5                      冷介质入口集合器
6                      冷介质出口集合器
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图8c。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容 所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1至图8c所示，本发明提供一种多流程微孔换热器，它包括主体部分1，主体部分1上固定有至少一个换热芯体2，换热芯体2包括底板21、顶板22和夹在底板21、顶板22之间的至少一层冷介质板片23、至少一层热介质板片24，冷介质板片23、热介质板片24交替重叠，冷介质板片23上刻蚀有多条相互平行的冷介质流道25，热介质板片24上刻蚀有多条相互平行的热介质流道26；主体部分1上还设有热介质入口集合器3、热介质出口集合器4、冷介质入口集合器5和冷介质出口集合器6，热介质入口集合器3、热介质出口集合器4分别与热介质流道26的两端连通，冷介质入口集合器5、冷介质出口集合器6分别与冷介质流道25的两端连通；热介质入口集合器3、热介质出口集合器4分别位于主体部分1相对的两侧，热介质流道26沿直线方向延伸，冷介质入口集合器5、冷介质出口集合器6分别位于主体部分1的相对的两个对角位置，冷介质流道25先从冷介质入口集合器5处开始，沿与热介质流道26相垂直的方向延伸至冷介质板片23的边缘，再回转沿与热介质流道26相垂直的方向延伸至冷介质板片23的另一边缘，冷介质流道25迂回前进直至与冷介质出口集合器6相连通。
热介质入口集合器3的作用是使热介质进入并分流到各个热介质流道26，热介质出口集合器4的作用是对热介质集流并排出；冷介质入口集合器5的作用是使冷介质进入并分流到各个冷介质流道25，冷介质出口集合器6的作用是对冷介质集流并排出。
冷介质板片23、热介质板片24交替重叠，使热介质、冷介质在通过热介质流道26、冷介质流道25中的过程中进行热交换。冷介质由冷介质入口集合器5进入，并分流进入各个冷介质流道25，在经过热交换加热之后，汇聚到冷介质出口集合器6并排出；热介质由热介质入口集合器3进入，并分流进入各个热介质流道26，在经过热交换冷却之后，汇聚到热介质出口集合器4并排出。
热介质流道26的流向采用S型迂回前进的方式，可提高热介质流道26的长度，从而提高该换热器的换热效率；每层冷介质板片23上密排多条冷介质流道25并保持平行，热介质流道26布满每层热介质板片24，增加了冷介质板片23、热介质板片24的空间利用率。
如图5至图6所示，冷介质流道25、热介质流道26沿流向设有多个弯道，呈Z字型沿流向曲折向前。这种设计增加了冷介质流道25、热介质流道26的整体长度，增加了冷介质板片23、热介质板片24的换热面积。
如图4所示，冷介质流道25、热介质流道26的截面为半圆形，通过光电化学刻蚀工艺刻蚀而成。
如图3所示，上述多层冷介质板片23、热介质板片24通过原子扩散方式互熔形成一体式结构，并在两侧面焊接上底板21、顶板22，保证了每条冷介质流道25、热介质流道26的独立性与封闭性。
热介质入口集合器3、热介质出口集合器4、冷介质入口集合器5和冷介质出口集合器6通过焊接方式与主体部分1连为一体，组成一个完整的换热器，整个换热器是一体式结构，无法拆卸，不可分割。
本发明多流程微孔换热器具有以下优点：
1、传热面积密度高，换热效率高；
2、制造工艺上，采用光电化学刻蚀和原子扩散粘合技术，能够形成各种形状的通道结构，其换热芯体由唯一的母体材料构成，无需垫片和焊接，能有效的减少泄露和振动损失，提高使用寿命；
3、从结构上来说，此种微孔换热器流道能有效减少压降，降低堵塞带来的影响；
4、采用一体式结构，此种微孔换热器能够抗高低温以及高压要求，同时减少管道及阀门的应用，结构稳定，安全性好，尺寸小，重量轻，安装方便，无需维护。
综上所述，本发明多流程微孔换热器，具有较大的换热面积，同时采用多流程流道与单流程流道结合的方式，保证了高效的换热能力；在结构上采用原子扩散工艺加工制造，保证了换热芯体的耐高温高压的能力，稳定性高，结构形式简单。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。