CN212778809U - 一种管板复合式微通道换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种管板复合式微通道换热器，属于换热技术领域。管板复合式微通道换热器包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个隔板之间设置有一组换热通道，一组换热通道包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道，相邻两个管道之间形成通道，通道和管道分别用于同时通入冷源或热源。本申请通过多个隔板和管道直接装配焊接的方式取代了现有技术中采用常规机加工或化学蚀刻的去材方式形成微通道换热器，极大地降低了加工成本，简化了生产工序，缩短了生产周期。

Description

一种管板复合式微通道换热器

技术领域

本实用新型涉及热交换技术领域，具体而言，涉及一种管板复合式微通道换热器。

背景技术

微通道换热器是一种区别于传统管壳式换热器的全新换热结构，不仅具有单位体积换热面积大、换热效率高(高达98％)、压降低等特点，同时在承压和耐温等能力(耐高温700℃、耐高100MPa)上也有明显优势，在核电、火电、海上油气开采、化工反应和工业气体处理等领域中具有广泛的应用前景。

现有技术中，需要先采用化学蚀刻或机加工等去材方式在金属层板上进行微通道换热器流道的加工，其次，再将流道板和隔板装配焊接为一体结构，存在原材料成本高、工序复杂、加工成本高和生产周期长等缺点，不利于微通道换热器的工业化、低成本大批量生产和应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种管板复合式微通道换热器，用以解决现有技术中工序复杂、加工成本高和生产周期长的技术问题。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本实用新型实施例提供一种管板复合式微通道换热器，包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个隔板之间设置有一组换热通道，一组换热通道包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道，相邻两个管道之间形成通道，通道和管道分别用于同时通入冷源或热源。

可选地，管道的截面为矩形、圆形或者椭圆形。

可选地，管道的进口和出口分别位于隔板的相对侧。

可选地，管道的切面呈直线形、Z字形、锯齿形或波浪形。

可选地，管道的进口和出口分别位于隔板的相邻侧。

可选地，管道的切面呈L形，或者管道的切面呈圆弧形。

可选地，管道的壁厚范围为0.1-10mm。

可选地，管道的管口宽度为0.3-30mm。

可选地，形成一组换热通道的管道与隔板之间焊接固定。

可选地，隔板的厚度0.1-1000mm。

可选地，隔板、第一侧板、第二侧板以及管道均为金属材质。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种管板复合式微通道换热器，包括平行间隔设置的多个隔板，在相邻两个隔板之间形成一组换热通道，设置隔板越多，形成的换热通道越多，换热效果越好。其中，一组换热通道包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道，相邻两个管道之间形成通道，已形成交替设置的通道和管道，通道和管道分别用于同时通入冷源或热源。冷源和热源在相邻组换热通道内交替设置，流体通道结构由多个隔板和管道直接装配焊接而成，不再采用化学蚀刻或机加工等去材方式形成微通道结构，简化了生产工序，且极大地降低了原材料成本和加工成本，缩短了生产周期。同时，隔板和管道的几何尺寸可根据实际工程需求进行灵活设计，因此，工程适用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的管板复合式微通道换热器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的管道截面呈矩形的管板复合式微通道换热器示意图；

图3为本实用新型实施例提供的管道截面呈椭圆形的管板复合式微通道换热器示意图；

图4为本实用新型实施例提供的管道的切面为直线形的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的管道的切面为Z字形的示意图；

图6为本实用新型实施例提供的管道的切面为锯齿形的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的管道的切面为波浪形的示意图；

图8为本实用新型实施例提供的管道的切面为L形的示意图。

图标：100-管板复合式微通道换热器；110-隔板；120-换热通道；121-管道；122-通道；131-第一侧板；132-第二侧板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

微通道换热器是一种新型换热结构，具有体积小、重量轻、耐高温、耐高压和换热效率高等独特技术优势，在核电、火电、海上油气开采、化工反应和工业气体处理等领域中具有广泛的应用前景。现有技术中通常采用化学蚀刻加工或机加工等去材方式对微通道换热器中的流道进行加工，但是，存在原材料成本高、工序复杂、加工成本高和生产周期长等缺点，不利于微通道换热器的工业化、低成本大批量生产和应用。

为了克服上述现有技术中存在的缺点，提出了本申请，以下是本申请的实施例。

图1为本实用新型提供的管板复合式微通道换热器100的结构示意图，请参照图1，本实用新型实施例提供一种管板复合式微通道换热器100，包括：平行间隔设置的多个隔板110，相邻两个隔板110之间设置有一组换热通道120，一组换热通道120包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道121，相邻两个管道121之间形成通道122，通道122和管道121分别用于同时通入冷源或热源。

其中，第一方向是指垂直于流体在一组换热通道120内的流动方向，即就是，第一方向与管道121的延伸方向垂直。

一组换热通道120包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道121，相邻两个管道121之间为通道122，即就是说，在垂直于换热管道121内流体流动方向上交替设置的通道122和管道121，例如，管道121为金属管，在金属管的内部和外部同时构建热源区域或者冷源区域，也即是，冷源和热源在相邻组换热通道120内交替设置，有效提高了换热效率。

示例地，在一组换热通道120中，沿流体流动方向平行间隔设置有三个管道121，第一侧板131与第一个管道121之间的空间为第一个通道122，第一个管道121与第二个管道121之间的空间为第二个通道122，第二个管道121与第三个管道121之间的空间为第三个通道122，第三个通道122与第二个侧板之间的空间为第四个通道122，如此，使得管道121的外部均设置有通道122，进而通过简单工序和低成本的方式形成了换热通道。

上述只是举例说明，并不是对一组换热通道120中管道121的排布以及管道121的数量进行限制，本领域技术人员可根据实际需要进行具体设置管道121的数量以及排布，只要能够满足换热器流量需求即可。

一组换热通道120中的管道121的外壁与隔板110采用扩散焊或钎焊连接为一体结构，保证了流体通道良好的承压性能，例如，一组换热通道120中的管道121包括两个，第一个管道121的外壁、第一侧板131以及隔板110形成的空间为通道122，并且该空间的大小是不变的，因此，需设置一定数量的管道121固定在一组换热通道120内以形成换热效率高的微通道结构，因此，管道121外壁分别与相邻两个隔板110之间采用扩散焊或钎焊连接，以保证微通道的承压能力。类似的，第一个管道121和第二个管道121之间以及分别与隔板110之间形成的空间为第二个通道122，第二个管道121与第二侧板132以及隔板110之间形成的空间为第三个通道122。

需要指出的是，在此对管道121的横截面以及管道121沿流体流向的路径不做限定，只要能够实现换热效果均可。

可选地，请参照图1，在一组换热通道120相对的两侧边缘处设置有第一侧板131和第二侧板132，第一侧板131、相邻两个隔板110以及管道121围合形成的空间也是通道122，同样的，第二侧板132、相邻两个隔板110以及管道121围合形成的空间也是通道122。

需要说明的是，第一侧板131和第二侧板132的设置方式有多种，例如，第一侧板131和第二侧板132平行设置，且第一侧板131和第二侧板132分别与隔板110垂直，或者，第一侧板131和第二侧板132平行设置，且第一侧板131和第二侧板132分别与隔板110具有夹角，但是该夹角不等于90°，又或者，第一侧板131和第二侧板132不平行，且第一侧板131和第二侧板132分别与隔板110具有夹角。

其中，第一侧板131和第二侧板132分别与隔板110固定连接，实现上述固定连接关系的方式有多种，例如，扩散焊连接、钎焊连接等，以使第一侧板131、第二侧板132和隔板110形成一个整体。

隔板110包括多个，相邻两个隔板110之间形成一组换热通道120，换热通道120包括多组，换热通道120组数越多，换热器结构的换热效果越好，对应的，管板复合式微通道换热器100的高度相对来说会越大，当然，此处所说的管板复合式微通道换热器100的高度是相对的，并不是绝对的高度，例如，管道121的直径的大小也会影响一组换热通道120的高度。相邻组之间的换热通道120可以相同，也可以不同，相邻组之间的换热通道120相同是指相邻组之间的换热通道120的宽度、管道121的数量、管道121的直径等均相同，而相邻组之间的换热通道120不同是指相邻组之间的换热通道120的宽度、管道121的数量、管道121的直径等有任一项的不同。

其中，每一组换热通道120中的管道121的数量不做限定，一组换热通道120越宽，管道121的直径越小，对应设置的管道121的数量越多，换热效果越好，本领域技术人员可根据具体情况进行设定。

本实用新型实施例提供的一种管板复合式微通道换热器100，包括平行间隔设置的多个隔板110，在相邻两个隔板110之间形成一组换热通道120，设置隔板110越多，形成的换热通道120组数越多，换热效果越好。其中，一组换热通道120包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道121，相邻两个管道121之间形成通道122，已形成交替设置的通道122和管道121，通道122和管道121分别用于同时通入冷源或热源，交替设置的管道121和通道122能够有效提高换热效果。多个隔板110和管道121的壁厚可根据实际需要进行对应设计，因此，适用范围广，管道121间隔平行设置在相邻两个隔板110之间，相邻两个管道121之间形成通道122，装配关系简单，不再需要通过去材方式制造通入热源或者冷源的微通道结构，极大地降低了生产成本。

可选地，请结合参照图2和图3，管道121的截面为矩形、圆形或者椭圆形。

请结合参照图1和图2，当管道121的横截面为矩形时，有两种情况，第一种是矩形的长和宽相同，第二种是矩形的长和宽不同。当矩形的长和宽相同时，管道121的横截面为正方形，正方形的相对两侧的外壁分别与隔板110固定连接，通道122为第一侧板131、正方形管道121的相对两侧的一个外壁和隔板110形成，或者通道122为第一侧板131、正方形相对两侧的一个外壁及隔板110围合形成，或者，通道122为第一侧板131、正方形相对两侧的一个外壁和隔板110围合形成的空间，相邻正方形管道121之间的间距越大，认为通道122的管道121宽度越大，反之，认为通道122的宽度越小。

类似地，当矩形的长度和宽度不同时，可通过设置矩形截面的管道121的放置位置来调节一组换热通道120的宽度。其他的与正方形截面的管道121的设置相同，在此不作过多赘述。

当管道121的横截面为圆形时，圆形截面的管道121的外壁与隔板110相切且固定连接，相邻圆形截面管道121之间为通道122。

请结合参照图1和图3，当管道121的横截面为椭圆形时，椭圆形截面的管道121的设置形式能够影响一组换热通道120的宽度，例如，椭圆形截面管道121的长轴方向与一组换热通道120的宽度方向相同，即就是说，一组换热通道120的宽度取决于椭圆的长轴，类似地，椭圆形截面管道121的短轴方向与一组换热通道120的宽度方向相同，即就是说，一组换热通道120的宽度取决于椭圆的短轴。

可选地，请结合参照图4至图7，管道121的进口和出口分别位于隔板110的相对侧。

在相邻两个管道121之间形成通道122，因此，通道122的进口和出口也分别位于隔板110的相对侧。

可选地，管道121的切面呈直线形、Z字形、锯齿形或波浪形。

请参照图4，管道121的切面呈直线形，直线形管道121平行设置在相邻两个隔板110之间，当管道121的切面呈直线形时，通道122的切面也为直线形，并且，通道122和管道121的切面交错设置。

请参照图5，管道121的切面呈Z字形，为了保证足够长的有效换热长度，一般将Z字形管道121的开口方向设置为与换热管道121的宽度相同方向，Z字形管道121的开口方向是指Z字形管道121的开口朝向。

请参照图6，管道121的切面呈锯齿形，锯齿形管道121平行设置，相邻管道121之间的通道122的切面也为锯齿形。

请参照图7，管道121的切面呈波浪形，波浪形管道121平行设置，相邻管道121之间的通道122的切面也为波浪形。

本领域技术人员可根据实际情况，对应选择合适的管道121切面。

可选地，请参照图8，管道121的进口和出口分别位于隔板110的相邻侧。

需要说明的是，管道121的进口和出口分别位于隔板110的相邻侧，对隔板110的相邻侧不作限定，隔板110的任一相邻侧均可。

可选地，管道121的切面呈L形，或者管道121的切面呈圆弧形。

由上可知，管道121的进口和出口分别设置在隔板110的相邻侧，请参照图8，图8是管道121的进口和出口分别位于隔板110相邻侧的一种方案，其中，L形管道121的夹角不作具体限定，例如，L形管道121的夹角为直角，或者L形管道121的夹角为钝角，只要能实现管道121的开口和出口分别位于隔板110相邻侧即可。

管道121的进口和出口设置在位于隔板110相邻侧的另一种方案是管道121的切面呈圆弧形，在此对圆弧形的角度大小以及圆弧的弧长不作限定。

由上述可知，第一方向与管道121的延伸方向垂直，垂直于第一方向，即就是，管道121的延伸方向。

可选地，本实施例中管道121的壁厚范围为0.1-10mm。

本实施例中的管板复合式微通道换热器100中的壁厚范围在0.1mm至10mm之间，在实际应用中，壁厚的范围通过换热器的温度、压力工况进行合理选择。

现有技术中，需要先采用化学蚀刻或机加工等去材方式在金属层板上进行微通道换热器流道的加工，其次，再将流道板和隔板装配焊接为一体结构，存在原材料成本高、工序复杂、加工成本高和生产周期长等缺点，不利于微通道换热器的工业化、低成本大批量生产和应用。本实施例中省去了去材工序，直接通过管道121的间隔布置就可以形成多个流体微通道，简化了生产工序，极大地降低了生产成本。

可选地，本实施例中的管道121的管口宽度为0.3-30mm。

此外，本实施例中的管板复合式微通道换热器100中的管道121的宽口宽度范围在0.1mm至10mm之间，即就是说，管板复合式微通道换热器100可制作的规格较多，在实际应用中，根据换热器的换热工况进行合理选择。

可选地，形成一组换热通道120的管道121与隔板110之间焊接固定。

需要说明的是，在此对焊接固定的具体形式不作限定，例如，可以是钎焊，也可以是扩散焊。通过焊接固定将管道121焊接于相邻隔板110之间，不再通过现有去材技术形成换热微通道结构，从而极大地降低了生产成本。

可选地，隔板110的厚度0.1-1000mm。

本实施例中的管板复合式微通道换热器100中第一侧板131、第二侧板132和隔板110的厚度范围是0.1-1000mm，本领域技术人员可根据实际换热工况具体选择恰当的厚度数值，保证换热器的耐压性能。

可选地，本实施例中隔板110、第一侧板131、第二侧板132和管道121均为金属材质，具体地，隔板110、第一侧板131、第二侧板132和管道121的金属材质为碳纤维增强金属基复合材料。其中，碳纤维增强金属基复合材料采用真空热压将金属粉末与碳纤维烧结成型为金属层板，可选地，金属基体多为铝合金、铝镁合金、钛合金及高温合金等，可以有效地提高金属层板的强度和热传导性能，进而使得管板复合式微通道换热器100获得更高的换热性能和耐压性能。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种管板复合式微通道换热器，其特征在于，包括：平行间隔设置的多个隔板，相邻两个所述隔板之间设置有一组换热通道，一组所述换热通道包括沿第一方向间隔平行设置的多个管道，相邻两个所述管道之间形成通道，所述通道和所述管道分别用于同时通入冷源或热源。

2.如权利要求1所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的截面为矩形、圆形或者椭圆形。

3.如权利要求1所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的进口和出口分别位于所述隔板的相对侧。

4.如权利要求3所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的切面呈直线形、Z字形、锯齿形或波浪形。

5.如权利要求1所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的进口和出口分别位于所述隔板的相邻侧。

6.如权利要求5所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的切面呈L形，或者所述管道的切面呈圆弧形。

7.如权利要求3所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的壁厚范围为0.1-10mm。

8.如权利要求3所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述管道的管口宽度为0.3-30mm。

9.如权利要求1所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，形成一组所述换热通道的所述管道与所述隔板之间焊接固定。

10.如权利要求1所述的管板复合式微通道换热器，其特征在于，所述隔板和所述管道均为金属材质。

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