CN204830955U - 一种基于3d打印技术的新型微通道板式换热器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，属于一种新型换热装置，其包括冷流体入口通道、热流体入口通道、冷流体出口通道、热流体出口通道、冷流体分流道、冷流体汇流道、热流体分流道、热流体汇流道、上密封板和下密封板。该板式换热器是基于3D打印技术一体成型制备的，具有传热系数高、换热面积大，无焊接界面，密封性好等特点，且有效克服了传统换热器板片对焊接时的变形与拉裂问题，消除了焊接时的变形应力；同时，所成型的微通道换热器的结构性能好，承压能力强，采用镍基合金作为材料，具有很好的耐腐蚀性与耐高温性能。
Description
技术领域
本实用新型属于一种新型换热装置，具体涉及一种基于3D打印技术制备的一体化新型卫通道板式换热器。
背景技术
换热器作为将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，被广泛应用于化工、石油、动力和原子能等领域，换热器既可以是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部件。现代工业中，板式换热器正逐步取代管壳式换热器等传统换热器，这是因为板式换热器具有传热系数高、耐温承压能力强、占地面积小、能实现多种介质换热等优点，板式换热器是有效使用能源、节约能源以及新能源利用的较为关键的设备。在化工领域由于许多反应过程属于强放热过程，普遍存在一定的危险性，对人类生命和自然环境等危害极大，而采用微化工技术实现反应过程强化与微型化，可大大提高过程的效率和安全性，将化工生产的危害降到最小。
3D打印技术是近年来兴起的一种新兴技术，其基于分层制造思想，用粉末将CAD模型转换为零件，由于它不仅采用中、小功率激光快速、完全地熔化选区金属粉末，而且采用快速冷却凝固技术，所以可获得非平衡态过饱和固溶体及均匀细小的金相组织，致密度近乎100％。3D打印技术相对传统工艺具有独特优势，其一体成型特性，以及材料选择的多样性为解决传统工艺不足之处带来新路径。由于没有传统的焊接应力，其寿命大大提高，且3D打印技术其制造自由度高，能成型的通道尺寸小，因而一些独特的结构很容易就可以实现，这对于提高换热器的单位换热面积具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于提供一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，该换热器具有使用方便、换热面积大、能够承受高温、高压且耐腐性好等特点。
为了解决上述技术问题，本实用新型通过以下方式来实现：
一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，包括冷流体入口通道、热流体入口通道、冷流体出口通道、热流体出口通道、冷流体分流道、冷流体汇流道、热流体分流道、热流体汇流道、上密封板和下密封板，所述冷流体入口通道与冷流体分流道相连通，冷流体出口通道与冷流体汇流道相连通，冷流体分流道与换热器芯体上的锯齿形冷流道的一侧相连，锯齿形冷流道的另一侧与冷流体汇流道相连；所述热流体入口通道与热流体分流道相连通，热流体出口通道与热流体汇流道相连通，热流体分流道与换热器芯体上的锯齿形热流道的一侧相连，锯齿形热流道的另一侧与热流体汇流道相连；所述上密封板和下密封板分别设置在板式换热器的上下表面处，换热器芯体位于上密封板和下密封板之间。
所述换热器芯体由换热器隔板I和换热器隔板II二层交替叠加而成，换热器隔板I与换热器隔板II之间形成隔板微通道，所述隔板微通道根据走向不同分为锯齿形冷流道和锯齿形热流道，换热器隔板I的上表面与换热器隔板II的下表面构成锯齿形冷流道，换热器隔板I的下表面与换热器隔板II的上表面构成锯齿形热流道。
所述换热器隔板I层的左上面设置有冷流体分流道，其右下面设置有热流体分流道，换热器隔板II层的左上面设置有热流体汇流道，其右下面设置有冷流体汇流道。
所述冷流体分流道、冷流体汇流道、热流体分流道和热流体汇流道的横截面积均为矩形状通道。
为了进一步加强流体的湍流程度，本实用新型中的所述锯齿形冷流道与锯齿形热流道做成凸凹不平、呈波浪形结构。
与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果：该板式换热器是基于3D打印技术制备的，新型换热器传热系数高、换热面积大，采用3D打印技术一体成型，无焊接界面，密封性好，有效的克服了传统换热器板片对焊接时的变形与拉裂问题，消除了焊接时的变形应力，降低微型微通道板式换热器的生产成本；同时，所成型的微通道换热器密度高、密封性好，换热器的整体的结构性能好，承压能力强，采用镍基合金作为材料，具有很好的耐腐蚀性与耐高温性能。
附图说明
图1为本实用新型微通道板式换热器的结构示意图；
图2为图1在A—A处的剖面示意图；
图3为本实用新型中的冷流体入口通道示意图；
图4为本实用新型微通道板式换热器芯体结构示意图。
图中各个标记分别为：1、冷流体入口通道，2、热流体入口通道，3、冷流体出口通道，4、热流体出口通道，5、冷流体分流道，6、冷流体汇流道，7-1、换热器隔板I，7-2、换热器隔板II，8、锯齿形冷流道，9、锯齿形热流道，10、下密封板，11、上密封板，12、隔板微通道，13、热流体分流道，14、热流体汇流道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，包括冷流体入口通道1、热流体入口通道2、冷流体出口通道3、热流体出口通道4、冷流体分流道5、冷流体汇流道6、热流体分流道13、热流体汇流道14、上密封板11和下密封板10，所述冷流体分流道5、冷流体汇流道6、热流体分流道13和热流体汇流道14的横截面积均为矩形状通道，冷流体入口通道与冷流体分流道相连通，冷流体出口通道与冷流体汇流道相连通，冷流体分流道与换热器芯体上的锯齿形冷流道8的一侧相连，锯齿形冷流道的另一侧与冷流体汇流道相连；所述热流体入口通道与热流体分流道相连通，热流体出口通道与热流体汇流道相连通，热流体分流道与换热器芯体上的锯齿形热流道9的一侧相连，锯齿形热流道的另一侧与热流体汇流道相连；所述上密封板和下密封板分别设置在板式换热器的上下表面处，换热器芯体位于上密封板和下密封板之间。
所述换热器芯体由换热器隔板I7-1和换热器隔板II7-2二层交替叠加而成，换热器隔板I与换热器隔板II之间形成隔板微通道12，所述隔板微通道根据走向不同分为锯齿形冷流道8和锯齿形热流道9，换热器隔板I的上表面与换热器隔板II的下表面构成锯齿形冷流道，换热器隔板I的下表面与换热器隔板II的上表面构成锯齿形热流道，且所述换热器隔板I层的左上面设置有冷流体分流道，其右下面设置有热流体分流道，换热器隔板II层的左上面设置有热流体汇流道，其右下面设置有冷流体汇流道。
隔板微通道因其走向发生多次折转，相邻的两个换热器隔板I与换热器隔板II由于微通道走向不一致，这使得隔板上表面的微通道成一定角度，而换热器中的锯齿形流道由隔板片相邻的两个面上的微通道构成，所以换热器芯体上的锯齿形流道做成凸凹不平、呈波浪形结构。一方面，这样的目的是增加流体湍流程度，并破坏热边界层，从而强化传热过程使传热效率得以提高；另一方面，对于紧凑式的微通道结构，相邻隔板板面上的微通道走向成一定角度有利于改善流体阻力性能、减小介质进出口压降，使微通道上的流体分配均匀。锯齿形冷流道与锯齿形热流道设置为交替相间，且流体流动上由于采取的是对流换热，此结构可以在沸腾与冷凝的工况下提供最大的换热系数和较低的压降。
以上所述仅是本实用新型的实施方式，再次声明，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进，这些改进也列入本实用新型权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，其特征在于：包括冷流体入口通道(1)、热流体入口通道(2)、冷流体出口通道(3)、热流体出口通道(4)、冷流体分流道(5)、冷流体汇流道(6)、热流体分流道(13)、热流体汇流道(14)、上密封板(11)和下密封板(10)，所述冷流体入口通道与冷流体分流道相连通，冷流体出口通道与冷流体汇流道相连通，冷流体分流道与换热器芯体上的锯齿形冷流道(8)的一侧相连，锯齿形冷流道的另一侧与冷流体汇流道相连；所述热流体入口通道与热流体分流道相连通，热流体出口通道与热流体汇流道相连通，热流体分流道与换热器芯体上的锯齿形热流道(9)的一侧相连，锯齿形热流道的另一侧与热流体汇流道相连；所述上密封板和下密封板分别设置在板式换热器的上下表面处，换热器芯体位于上密封板和下密封板之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，其特征在于：所述换热器芯体由换热器隔板I(7-1)和换热器隔板II(7-2)二层交替叠加而成，换热器隔板I与换热器隔板II之间形成隔板微通道(12)，所述隔板微通道根据走向不同分为锯齿形冷流道和锯齿形热流道，换热器隔板I的上表面与换热器隔板II的下表面构成锯齿形冷流道，换热器隔板I的下表面与换热器隔板II的上表面构成锯齿形热流道。
3.根据权利要求2所述的一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，其特征在于：所述换热器隔板I(7-1)层的左上面设置有冷流体分流道，其右下面设置有热流体分流道，换热器隔板II(7-2)层的左上面设置有热流体汇流道，其右下面设置有冷流体汇流道。
4.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，其特征在于：所述冷流体分流道、冷流体汇流道、热流体分流道和热流体汇流道的横截面积均为矩形状通道。
5.根据权利要求1所述的一种基于3D打印技术的新型微通道板式换热器，其特征在于：所述锯齿形冷流道(8)与锯齿形热流道(9)做成凸凹不平、呈波浪形结构。
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