本實(shí)用新型涉及屬于熱交換技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)是立交式微通道高效緊湊型換熱器。

背景技術(shù)：

能源動(dòng)力是人類(lèi)科技發(fā)展的重要支柱之一，其中換熱器是該領(lǐng)域必不可少的關(guān)鍵核心設(shè)備。隨著換熱技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)實(shí)用新型制造了種類(lèi)繁多樣式各異的換熱器，諸如管殼式換熱器、管板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器、板式換熱器等，每種換熱器也多大致經(jīng)歷了光滑表面、二維渦發(fā)生設(shè)計(jì)、三維渦發(fā)生設(shè)計(jì)三個(gè)階段的發(fā)展。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，板式換熱器一直在高換熱效率方面居于壟斷地位。然而，受墊片密封方式以及其它傳統(tǒng)技術(shù)限制，板式換熱器很難在高溫（500℃以上）高壓（20MPa以上）領(lǐng)域取得突破，也因此板式換熱器很難在超臨界流體能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中（高溫高壓工況）得到應(yīng)用。

基于流動(dòng)和傳熱機(jī)理的深入研究以及結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，近些年換熱器的換熱性能及結(jié)構(gòu)形式都有了較大發(fā)展。從加工工藝技術(shù)演進(jìn)來(lái)看，從傳統(tǒng)減料加工工藝到3D打印技術(shù)和晶粒生長(zhǎng)技術(shù)，后兩種先進(jìn)技術(shù)還在發(fā)展階段，從傳統(tǒng)加工工藝向3D打印技術(shù)過(guò)渡的擴(kuò)散焊加工工藝配合蝕刻成型技術(shù)可以使加工過(guò)程變得更加靈活，工業(yè)應(yīng)用條件也最成熟。以該技術(shù)為基本特征的印刷電路板式換熱器以其結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力強(qiáng)、換熱效率高等特點(diǎn)而越來(lái)越受到人們的重視。印刷電路板式換熱器的發(fā)展也必將進(jìn)一步加速超臨界流體能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工程應(yīng)用和技術(shù)升級(jí)。

目前印刷電路板式換熱器是由冷流體板層和熱流體板層的交替疊加而成的二維流體分布結(jié)構(gòu)，即單個(gè)流體板層上僅有冷流體或熱流體流動(dòng)。該結(jié)構(gòu)的印刷電路板式換熱器橫截面如圖1所示，由交替疊加的冷流體板層和熱流體板層經(jīng)擴(kuò)散焊加工而成。冷流體板層和熱流體板層上分別是經(jīng)蝕刻技術(shù)加工成型的冷流體流道和熱流體流道。該結(jié)構(gòu)布置下冷熱流體至多為二維流動(dòng)分布，熱流體僅有上下面與冷流體接觸冷卻，熱流體左右面仍與熱流體接觸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是開(kāi)發(fā)一種換熱器冷熱流道布置改進(jìn)方法，以實(shí)現(xiàn)換熱器中冷熱流體的三維布置，從而大幅增加冷熱流體的有效接觸面積，最終進(jìn)一步提高印刷電路板式換熱器換的換熱效率和換熱單元數(shù)。

本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

立交式微通道高效緊湊型換熱器，包括至少2個(gè)疊在一起的流板，相鄰2個(gè)流板分別為上流板和下流板，還包括至少2個(gè)流體通道，上流板和下流板內(nèi)均設(shè)置有換熱流道，上流板的換熱流道包括至少1個(gè)第一類(lèi)流道，第一類(lèi)流道包括第一類(lèi)流道進(jìn)口段、第一類(lèi)流道中間段、第一類(lèi)流道出口段，下流板的換熱流道包括至少1個(gè)第二類(lèi)流道，第二類(lèi)流道包括第二類(lèi)流道進(jìn)口段、第二類(lèi)流道中間段、第二類(lèi)流道出口段，第一類(lèi)流道進(jìn)口段通過(guò)第二類(lèi)流道中間段與第一類(lèi)流道出口段連通，第二類(lèi)流道進(jìn)口段通過(guò)第一類(lèi)流道中間段與第二類(lèi)流道出口段連通。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為：根據(jù)場(chǎng)協(xié)同原理，將二維冷熱流體流動(dòng)分布改進(jìn)為三維冷熱流體流動(dòng)分布，其中，上流板和下流板仍然交替疊加經(jīng)擴(kuò)散焊加工而成，通過(guò)將第一類(lèi)流道設(shè)計(jì)成三段，第二類(lèi)流道也設(shè)計(jì)成三段，使得上流板的流體經(jīng)過(guò)第一類(lèi)流道進(jìn)口段進(jìn)入第二類(lèi)流道中間段、再?gòu)牡谝活?lèi)流道出口段流出，也使得下流板的流體經(jīng)過(guò)第二類(lèi)流道進(jìn)口段進(jìn)入第一類(lèi)流道中間段、再?gòu)牡诙?lèi)流道出口段流出，使得每個(gè)流板上都有冷熱流體交錯(cuò)逆向流動(dòng)，相鄰上下板層間同樣冷熱流體交錯(cuò)逆向流動(dòng)，換熱器換熱效率以及換熱單元數(shù)會(huì)因冷熱流體有效接觸面積增大而大大提高。本實(shí)用新型聯(lián)想道路交通系統(tǒng)，從平面交通到立體交通，自由度的增加可有效提高交通系統(tǒng)的運(yùn)輸能力和靈活性。因此，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)換熱器進(jìn)出口流道設(shè)計(jì)打通上下兩層板的部分流道以達(dá)到實(shí)現(xiàn)印刷電路板中冷熱流道立體流體布置的目的。本實(shí)用新型提出了一種立交式微通道高效緊湊型換熱器。該類(lèi)換熱器采用立交式流道布置方法，提高了有效換熱面積，進(jìn)而提高了換熱效率和換熱單元數(shù)。相同換熱面積下，換熱器換熱功率更大；同樣換熱功率下，換熱器體積可以更小。另外，該類(lèi)換熱器還具有承壓能力好，工藝流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。作為能量傳遞過(guò)程中的核心設(shè)備之一，當(dāng)今工業(yè)體系包括能源、電力、化工等領(lǐng)域以及人們的日常生活對(duì)換熱器的需求巨大。本實(shí)用新型具有換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力高、耐高溫能力好等特點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，市場(chǎng)推廣潛力巨大。

優(yōu)選的，上流板的換熱流道包括至少1個(gè)第三類(lèi)流道，第三類(lèi)流道包括依次連通的第三類(lèi)流道進(jìn)口段、第三類(lèi)流道中間段、第三類(lèi)流道出口段。

優(yōu)選的，所述第一類(lèi)流道與第三類(lèi)流道相鄰設(shè)置。

優(yōu)選的，當(dāng)?shù)谝活?lèi)流道的數(shù)量為2時(shí)，第三類(lèi)流道位于2個(gè)第一類(lèi)流道之間。

優(yōu)選的，下流板的換熱流道包括至少1個(gè)第四類(lèi)流道，第四類(lèi)流道包括依次連通的第四類(lèi)流道進(jìn)口段、第四類(lèi)流道中間段、第四類(lèi)流道出口段。

優(yōu)選的，所述第二類(lèi)流道與第四類(lèi)流道相鄰設(shè)置。

優(yōu)選的，所述第二類(lèi)流道的數(shù)量為2時(shí)，第四類(lèi)流道位于2個(gè)第二類(lèi)流道之間。

優(yōu)選的，上流板和下流板的換熱流道為流直線形、折線形、流線形流道結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，上流板和下流板的換熱流道內(nèi)不帶渦發(fā)生器或帶一維渦發(fā)生器或帶二維渦發(fā)生器或帶三維渦發(fā)生器。

優(yōu)選的，上流板和下流板的換熱流道的水力直徑小于或等于10mm。

上述方案在基礎(chǔ)實(shí)施方案的基礎(chǔ)上，使得上流板具備多個(gè)第一類(lèi)流道、第三類(lèi)流道，也使得下流板具備多個(gè)第二類(lèi)流道、第四類(lèi)流道，最終使得相鄰流板間冷熱流體通過(guò)流板上通孔交錯(cuò)有序地實(shí)現(xiàn)熱流體上下左右四面同時(shí)被冷流體冷卻，同樣冷流體上下左右四面同時(shí)被熱流體加熱。也因此本實(shí)用新型提出的微通道高效緊湊型換熱器設(shè)計(jì)更符合場(chǎng)協(xié)同原理，有效換熱面積和換熱單元數(shù)得到顯著提高，與只有兩面被冷卻或加熱的二維流道布置相比，相同投入下可使換熱功率提高10%左右。另外，具有加工工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力好、耐高溫性能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，市場(chǎng)推廣尤其在極端工業(yè)領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。

優(yōu)選的，本實(shí)用新型的上流板和下流板的材料包括各類(lèi)不銹鋼、鈦合金、復(fù)合材料等所有可用于換熱器制造的材料，通過(guò)擴(kuò)散焊加工工藝或其它加工工藝加工而成，最終形成印刷電路板式換熱器。

本實(shí)用新型裝置優(yōu)點(diǎn)：相同換熱面積下，換熱器換熱功率更大；同樣換熱功率下，換熱器體積可以更小。另外，該類(lèi)換熱器還具有承壓能力好，工藝流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。作為能量傳遞過(guò)程中的核心設(shè)備之一，當(dāng)今工業(yè)體系包括能源、電力、化工等領(lǐng)域以及人們的日常生活對(duì)換熱器的需求巨大。本實(shí)用新型具有換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力高、耐高溫能力好等特點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，市場(chǎng)推廣潛力巨大。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的限定。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有印刷電路板冷熱流體分布橫截面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)的一種實(shí)現(xiàn)冷熱流體立體式布置的換熱器結(jié)構(gòu)示意圖

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)的印刷電路板冷熱流體分布橫截面示意圖。

附圖中標(biāo)記及對(duì)應(yīng)的零部件名稱(chēng)：1、上流板；2、下流板；11、第一類(lèi)流道進(jìn)口段；12、第一類(lèi)流道中間段；13、第一類(lèi)流道出口段；14、第三類(lèi)流道；21、第二類(lèi)流道進(jìn)口段；22、第二類(lèi)流道中間段；23、第二類(lèi)流道出口段；24、第四類(lèi)流道；3、冷流體流道；4、熱流體流道。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明僅用于解釋本實(shí)用新型，并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

實(shí)施例1

如圖1-圖3所示：立交式微通道高效緊湊型換熱器，包括至少2個(gè)疊在一起的流板，相鄰2個(gè)流板分別為上流板1和下流板2，還包括至少2個(gè)流體通道，上流板1和下流板2內(nèi)均設(shè)置有換熱流道，上流板1的換熱流道包括至少1個(gè)第一類(lèi)流道，第一類(lèi)流道包括第一類(lèi)流道進(jìn)口段11、第一類(lèi)流道中間段12、第一類(lèi)流道出口段13，下流板2的換熱流道包括至少1個(gè)第二類(lèi)流道，第二類(lèi)流道包括第二類(lèi)流道進(jìn)口段21、第二類(lèi)流道中間段22、第二類(lèi)流道出口段23，第一類(lèi)流道進(jìn)口段11通過(guò)第二類(lèi)流道中間段22與第一類(lèi)流道出口段13連通，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21通過(guò)第一類(lèi)流道中間段12與第二類(lèi)流道出口段23連通。

為了使得熱流體流道4和冷流體流道3形成，第一類(lèi)流道進(jìn)口段11與第二類(lèi)流道中間段22在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，二類(lèi)流道中間段22與第一類(lèi)流道出口段13也在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，同理，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21與第一類(lèi)流道中間段12在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，第一類(lèi)流道中間段12與第二類(lèi)流道出口段23也在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通。第一類(lèi)流道進(jìn)口段11、第二類(lèi)流道中間段22、第一類(lèi)流道出口段13依次連通形成冷流體流道3，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21、第一類(lèi)流道中間段12、第二類(lèi)流道出口段23依次連通形成熱流體流道4。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為：根據(jù)場(chǎng)協(xié)同原理，將二維冷熱流體流動(dòng)分布改進(jìn)為三維冷熱流體流動(dòng)分布，其中，上流板和下流板仍然交替疊加經(jīng)擴(kuò)散焊加工而成，通過(guò)將第一類(lèi)流道設(shè)計(jì)成三段，第二類(lèi)流道也設(shè)計(jì)成三段，使得上流板的流體經(jīng)過(guò)第一類(lèi)流道進(jìn)口段進(jìn)入第二類(lèi)流道中間段、再?gòu)牡谝活?lèi)流道出口段流出，也使得下流板的流體經(jīng)過(guò)第二類(lèi)流道進(jìn)口段進(jìn)入第一類(lèi)流道中間段、再?gòu)牡诙?lèi)流道出口段流出，使得每個(gè)流板上都有冷熱流體交錯(cuò)逆向流動(dòng)，相鄰上下板層間同樣冷熱流體交錯(cuò)逆向流動(dòng)，換熱器換熱效率以及換熱單元數(shù)會(huì)因冷熱流體有效接觸面積增大而大大提高。本實(shí)用新型聯(lián)想道路交通系統(tǒng)，從平面交通到立體交通，自由度的增加可有效提高交通系統(tǒng)的運(yùn)輸能力和靈活性。因此，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)換熱器進(jìn)出口流道設(shè)計(jì)打通上下兩層板的部分流道以達(dá)到實(shí)現(xiàn)印刷電路板中冷熱流道立體流體布置的目的。本實(shí)用新型提出了一種立交式微通道高效緊湊型換熱器。該類(lèi)換熱器采用立交式流道布置方法，提高了有效換熱面積，進(jìn)而提高了換熱效率和換熱單元數(shù)。相同換熱面積下，換熱器換熱功率更大；同樣換熱功率下，換熱器體積可以更小。另外，該類(lèi)換熱器還具有承壓能力好，工藝流程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。作為能量傳遞過(guò)程中的核心設(shè)備之一，當(dāng)今工業(yè)體系包括能源、電力、化工等領(lǐng)域以及人們的日常生活對(duì)換熱器的需求巨大。本實(shí)用新型具有換熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力高、耐高溫能力好等特點(diǎn)，實(shí)用性強(qiáng)，市場(chǎng)推廣潛力巨大。

實(shí)施例2

如圖2、圖3所示：

上流板1的換熱流道包括2個(gè)第一類(lèi)流道、1個(gè)第三類(lèi)流道14，下流板1的換熱流道包括2個(gè)第二類(lèi)流道、1個(gè)第四類(lèi)流道24。第一類(lèi)流道包括第一類(lèi)流道進(jìn)口段11、第一類(lèi)流道中間段12、第一類(lèi)流道出口段13，第二類(lèi)流道包括第二類(lèi)流道進(jìn)口段21、第二類(lèi)流道中間段22、第二類(lèi)流道出口段23，第一類(lèi)流道進(jìn)口段11通過(guò)第二類(lèi)流道中間段22與第一類(lèi)流道出口段13連通，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21通過(guò)第一類(lèi)流道中間段12與第二類(lèi)流道出口段23連通。第一類(lèi)流道進(jìn)口段11、第二類(lèi)流道中間段22、第一類(lèi)流道出口段13依次連通形成冷流體流道3，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21、第一類(lèi)流道中間段12、第二類(lèi)流道出口段23依次連通形成熱流體流道4。

為了使得熱流體流道4和冷流體流道3形成，第一類(lèi)流道進(jìn)口段11與第二類(lèi)流道中間段22在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，二類(lèi)流道中間段22與第一類(lèi)流道出口段13也在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，同理，第二類(lèi)流道進(jìn)口段21與第一類(lèi)流道中間段12在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通，第一類(lèi)流道中間段12與第二類(lèi)流道出口段23也在上流板與下流板的交界面處形成連通孔連通。

第三類(lèi)流道14包括依次連通的第三類(lèi)流道進(jìn)口段、第三類(lèi)流道中間段、第三類(lèi)流道出口段。所述第一類(lèi)流道與第三類(lèi)流道14相鄰設(shè)置。第三類(lèi)流道14位于2個(gè)第一類(lèi)流道之間。第三類(lèi)流道14形成冷流體流道3，

第四類(lèi)流道24包括依次連通的第四類(lèi)流道進(jìn)口段、第四類(lèi)流道中間段、第四類(lèi)流道出口段。所述第二類(lèi)流道與第四類(lèi)流道24相鄰設(shè)置。第四類(lèi)流道24位于2個(gè)第二類(lèi)流道之間。第四類(lèi)流道24形成熱流體流道4。

第四類(lèi)流道24與上方的冷流體流道3熱交換，熱流體流道4還與兩側(cè)的冷流體流道3熱交換，達(dá)到三個(gè)方向都熱交換，若本實(shí)用新型在下流板下方再次疊加一個(gè)流板，則可以使得第四類(lèi)流道24下方也進(jìn)行熱交換，達(dá)到四個(gè)方向都進(jìn)行熱交換。

上述方案在實(shí)施例1方案的基礎(chǔ)上，使得上流板具備多個(gè)第一類(lèi)流道、第三類(lèi)流道，也使得下流板具備多個(gè)第二類(lèi)流道、第四類(lèi)流道，最終使得相鄰流板間冷熱流體通過(guò)流板上通孔交錯(cuò)有序地實(shí)現(xiàn)熱流體上下左右四面同時(shí)被冷流體冷卻，同樣冷流體上下左右四面同時(shí)被熱流體加熱。也因此本實(shí)用新型提出的微通道高效緊湊型換熱器設(shè)計(jì)更符合場(chǎng)協(xié)同原理，有效換熱面積和換熱單元數(shù)得到顯著提高，與只有兩面被冷卻或加熱的二維流道布置相比，相同投入下可使換熱功率提高10%左右。另外，具有加工工藝簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、承壓能力好、耐高溫性能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)，市場(chǎng)推廣尤其在極端工業(yè)領(lǐng)域有良好應(yīng)用前景。

優(yōu)選的，上流板1和下流板2的換熱流道為流直線形、折線形、流線形流道結(jié)構(gòu)。 優(yōu)選的，上流板1和下流板2的換熱流道內(nèi)不帶渦發(fā)生器或帶一維渦發(fā)生器或帶二維渦發(fā)生器或帶三維渦發(fā)生器。優(yōu)選的，上流板1和下流板2的換熱流道的水力直徑小于或等于10mm。

優(yōu)選的，本實(shí)用新型的上流板和下流板的材料包括各類(lèi)不銹鋼、鈦合金、復(fù)合材料等所有可用于換熱器制造的材料，通過(guò)擴(kuò)散焊加工工藝或其它加工工藝加工而成，最終形成印刷電路板式換熱器。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。