[实用新型]一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种印刷电路板结构，具体涉及一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构。

背景技术

印刷电路板式换热器(英文名缩写为PCHE)，具有紧凑度高、体积小、结构强度高、换热器效能高、承温承压能力高等特点。PCHE最初应用于低温、制冷领域，最近随着节能减排要求，许多节能减排新技术新概念提出，例如结合超临界二氧化碳布雷顿循环的太阳能、核能以及传统化石能源的能源开发新方式，以及模块化小型反应堆、先进IV代反应堆等技术概念。这些新技术新概念迫切需要一种体积紧凑、换热效能高、承温承压能力高的换热器。因此PCHE越来越受到能源动力行业的重视。

换热器性能很大程度上受换热表面特性决定，包括换热面的流动特性和传热特性。理想的换热表面应该具有较小的摩擦阻力，从而降低换热器整体动力功耗；同时具有较大的对流换热系数，以提高换热器换热效率。

目前PCHE的换热板结构如图1所示，其先进行化学蚀刻流道，在进行冷热流道布置，然后通过扩散焊或钎焊形成换热器芯体，最终附件组装形成PCHE。PCHE承压能力可达50MPa，使用温度可达1000℃，换热器效能可达97％。可用加工PCHE(扩散焊焊接)的材料广泛，包括不锈钢、铜、钛合金等技术材料以及部分陶瓷、玻璃等非金属材料。

目前，通过化学蚀刻而成的典型换热板流道结构如图1所示。该结构大大增大了换热器单位体积的传热面积，增加了换热器体积功率密度，但传热面仍为单传热面，其传热面仅能实现普通顺流传热，已经不能满足使用要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是现有换热器中的换热板的传热面为单面传热，其仅能实现普通顺流传热，传热效能已经不能满足使用要求，其目的在于提供一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，该结构增加了换热面并且设计了涡发生器，能够实现PCHE传热能力的进一步强化以及换热器效能的进一步提高，同时该换热表面具有结构牢固、加工简单、经济性好等特点。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种印刷电路板式紧凑换热器的换热板的表面结构，包括换热板，所述换热板的上表面内凹形成若干条流道一，在换热板的下表面内凹形成若干条流道二，每条流道二中均设置有若干个涡发生器。从换热器传热强化技术发展历程来看，换热器传热强化技术经历了多代的发展演化。目前都是采用如图1所示的换热技术，这种换热结构是在换热板的上表面内凹形成若干条流道一，流道一的横截面为曲形，其外形为平直或者L型的流道，都是设置在换热板的上表面，并且两端均与换热板的侧壁连通，通过多个换热板依次贴合后换热，该结构大大增大了换热器单位体积的传热面积，增加了换热器体积功率密度，但传热面由于是单传热面，不带有涡发生器以强化传热，始终导致传热效能达不到最佳，尤其是换热板的底面换热效率较低，本方案设计的流道结构，则改变了换热方式，本实用新型基于实际工程需要以及换热器强化传热理论和PCHE换热器制造加工工程实践而获得，在换热板的下表面内凹形成若干条流道二，而且每条流道二中均设置有若干个涡发生器，通过涡发生器可以破坏边界层，且有利于流道内形成二次流、Taylor-Gortler涡，促进传热，可实现PCHE传热能力的进一步强化以及换热器效能的进一步提高，同时该换热表面具有结构牢固、加工简单、经济性好等特点。换热器为工业生产领域的重要设备之一，换热器成本在总投入中占重要比重。本实用新型可增加印刷电路板式换热器的效能，一定程度上降低太阳能、核能以及传统化石能源的开发成本。

进一步地，涡发生器通过化学蚀刻工艺一体加工成形，将涡发生器的宽度设计为0.1～0.3mm；涡发生器的高度设计为0.1～0.5mm；涡发生器的长度设计为0.3～1mm；流道二中同一条流道二中的涡发生器的中心线与该流道二的中心线之间的夹角为20～60°；流道二中同一条流道二中的涡发生器顶端与该流道二的中心轴线距离设计为0～0.5mm；流道二中同一条流道二中的相邻涡发生器垂直距离设计为0.3～1mm。上述参数都是可以调整的，涡发生器可调参数应根据实际工程工况对换热能力和压降要求合理选择，设计涡发生器时应尽量强化传热的同时合理控制流动阻力的增加，以降低驱动功。通过以上方案加工出来的结构可以强化PCHE传热能力，提高换热器效能。

流道二的横截面设计为矩形，这样放置涡发生器时高度能够相等，加工成型方便，同时涡发生器横截面也设计为矩形，使得其截面面积相等，在流道中传热受力稳定，同时还将流道二的两端均与换热板的侧壁连通，实现流通。