一種基于3d打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于一種新型換熱裝置，具體涉及一種基于3D打印技術(shù)制備的一體化新型衛(wèi)通道板式換熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]換熱器作為將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等領(lǐng)域，換熱器既可以是一種單獨的設(shè)備，如加熱器、冷卻器和凝汽器等；也可是某一工藝設(shè)備的組成部件。現(xiàn)代工業(yè)中，板式換熱器正逐步取代管殼式換熱器等傳統(tǒng)換熱器，這是因為板式換熱器具有傳熱系數(shù)高、耐溫承壓能力強(qiáng)、占地面積小、能實現(xiàn)多種介質(zhì)換熱等優(yōu)點，板式換熱器是有效使用能源、節(jié)約能源以及新能源利用的較為關(guān)鍵的設(shè)備。在化工領(lǐng)域由于許多反應(yīng)過程屬于強(qiáng)放熱過程，普遍存在一定的危險性，對人類生命和自然環(huán)境等危害極大，而采用微化工技術(shù)實現(xiàn)反應(yīng)過程強(qiáng)化與微型化，可大大提高過程的效率和安全性，將化工生產(chǎn)的危害降到最小。
[0003]3D打印技術(shù)是近年來興起的一種新興技術(shù)，其基于分層制造思想，用粉末將CAD模型轉(zhuǎn)換為零件，由于它不僅采用中、小功率激光快速、完全地熔化選區(qū)金屬粉末，而且采用快速冷卻凝固技術(shù)，所以可獲得非平衡態(tài)過飽和固溶體及均勻細(xì)小的金相組織，致密度近乎100%。3D打印技術(shù)相對傳統(tǒng)工藝具有獨特優(yōu)勢，其一體成型特性，以及材料選擇的多樣性為解決傳統(tǒng)工藝不足之處帶來新路徑。由于沒有傳統(tǒng)的焊接應(yīng)力，其壽命大大提高，且3D打印技術(shù)其制造自由度高，能成型的通道尺寸小，因而一些獨特的結(jié)構(gòu)很容易就可以實現(xiàn)，這對于提高換熱器的單位換熱面積具有重要意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，該換熱器具有使用方便、換熱面積大、能夠承受高溫、高壓且耐腐性好等特點。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型通過以下方式來實現(xiàn):
[0006]一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，包括冷流體入口通道、熱流體入口通道、冷流體出口通道、熱流體出口通道、冷流體分流道、冷流體匯流道、熱流體分流道、熱流體匯流道、上密封板和下密封板，所述冷流體入口通道與冷流體分流道相連通，冷流體出口通道與冷流體匯流道相連通，冷流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形冷流道的一側(cè)相連，鋸齒形冷流道的另一側(cè)與冷流體匯流道相連；所述熱流體入口通道與熱流體分流道相連通，熱流體出口通道與熱流體匯流道相連通，熱流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形熱流道的一側(cè)相連，鋸齒形熱流道的另一側(cè)與熱流體匯流道相連；所述上密封板和下密封板分別設(shè)置在板式換熱器的上下表面處，換熱器芯體位于上密封板和下密封板之間。
[0007]所述換熱器芯體由換熱器隔板I和換熱器隔板II 二層交替疊加而成，換熱器隔板I與換熱器隔板II之間形成隔板微通道，所述隔板微通道根據(jù)走向不同分為鋸齒形冷流道和鋸齒形熱流道，換熱器隔板I的上表面與換熱器隔板II的下表面構(gòu)成鋸齒形冷流道，換熱器隔板I的下表面與換熱器隔板II的上表面構(gòu)成鋸齒形熱流道。
[0008]所述換熱器隔板I層的左上面設(shè)置有冷流體分流道，其右下面設(shè)置有熱流體分流道，換熱器隔板II層的左上面設(shè)置有熱流體匯流道，其右下面設(shè)置有冷流體匯流道。
[0009]所述冷流體分流道、冷流體匯流道、熱流體分流道和熱流體匯流道的橫截面積均為矩形狀通道。
[0010]為了進(jìn)一步加強(qiáng)流體的湍流程度，本實用新型中的所述鋸齒形冷流道與鋸齒形熱流道做成凸凹不平、呈波浪形結(jié)構(gòu)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果:該板式換熱器是基于3D打印技術(shù)制備的，新型換熱器傳熱系數(shù)高、換熱面積大，采用3D打印技術(shù)一體成型，無焊接界面，密封性好，有效的克服了傳統(tǒng)換熱器板片對焊接時的變形與拉裂問題，消除了焊接時的變形應(yīng)力，降低微型微通道板式換熱器的生產(chǎn)成本；同時，所成型的微通道換熱器密度高、密封性好，換熱器的整體的結(jié)構(gòu)性能好，承壓能力強(qiáng)，采用鎳基合金作為材料，具有很好的耐腐蝕性與耐高溫性能。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型微通道板式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1在A—A處的剖面示意圖；
[0014]圖3為本實用新型中的冷流體入口通道示意圖；
[0015]圖4為本實用新型微通道板式換熱器芯體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖中各個標(biāo)記分別為:1、冷流體入口通道，2、熱流體入口通道，3、冷流體出口通道，4、熱流體出口通道，5、冷流體分流道，6、冷流體匯流道，7-1、換熱器隔板I，7-2、換熱器隔板11，8、鋸齒形冷流道，9、鋸齒形熱流道，10、下密封板，11、上密封板，12、隔板微通道，13、熱流體分流道，14、熱流體匯流道。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0018]如圖1所示，一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，包括冷流體入口通道1、熱流體入口通道2、冷流體出口通道3、熱流體出口通道4、冷流體分流道5、冷流體匯流道6、熱流體分流道13、熱流體匯流道14、上密封板11和下密封板10，所述冷流體分流道5、冷流體匯流道6、熱流體分流道13和熱流體匯流道14的橫截面積均為矩形狀通道，冷流體入口通道與冷流體分流道相連通，冷流體出口通道與冷流體匯流道相連通，冷流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形冷流道8的一側(cè)相連，鋸齒形冷流道的另一側(cè)與冷流體匯流道相連；所述熱流體入口通道與熱流體分流道相連通，熱流體出口通道與熱流體匯流道相連通，熱流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形熱流道9的一側(cè)相連，鋸齒形熱流道的另一側(cè)與熱流體匯流道相連；所述上密封板和下密封板分別設(shè)置在板式換熱器的上下表面處，換熱器芯體位于上密封板和下密封板之間。
[0019]所述換熱器芯體由換熱器隔板I 7-1和換熱器隔板II 7-2 二層交替疊加而成，換熱器隔板I與換熱器隔板II之間形成隔板微通道12，所述隔板微通道根據(jù)走向不同分為鋸齒形冷流道8和鋸齒形熱流道9，換熱器隔板I的上表面與換熱器隔板II的下表面構(gòu)成鋸齒形冷流道，換熱器隔板I的下表面與換熱器隔板II的上表面構(gòu)成鋸齒形熱流道，且所述換熱器隔板I層的左上面設(shè)置有冷流體分流道，其右下面設(shè)置有熱流體分流道，換熱器隔板II層的左上面設(shè)置有熱流體匯流道，其右下面設(shè)置有冷流體匯流道。
[0020]隔板微通道因其走向發(fā)生多次折轉(zhuǎn)，相鄰的兩個換熱器隔板I與換熱器隔板II由于微通道走向不一致，這使得隔板上表面的微通道成一定角度，而換熱器中的鋸齒形流道由隔板片相鄰的兩個面上的微通道構(gòu)成，所以換熱器芯體上的鋸齒形流道做成凸凹不平、呈波浪形結(jié)構(gòu)。一方面，這樣的目的是增加流體湍流程度，并破壞熱邊界層，從而強(qiáng)化傳熱過程使傳熱效率得以提高；另一方面，對于緊湊式的微通道結(jié)構(gòu)，相鄰隔板板面上的微通道走向成一定角度有利于改善流體阻力性能、減小介質(zhì)進(jìn)出口壓降，使微通道上的流體分配均勻。鋸齒形冷流道與鋸齒形熱流道設(shè)置為交替相間，且流體流動上由于采取的是對流換熱，此結(jié)構(gòu)可以在沸騰與冷凝的工況下提供最大的換熱系數(shù)和較低的壓降。
[0021]以上所述僅是本實用新型的實施方式，再次聲明，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進(jìn)行若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也列入本實用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，其特征在于:包括冷流體入口通道(I)、熱流體入口通道(2)、冷流體出口通道(3)、熱流體出口通道(4)、冷流體分流道(5)、冷流體匯流道(6)、熱流體分流道(13)、熱流體匯流道(14)、上密封板(11)和下密封板(10)，所述冷流體入口通道與冷流體分流道相連通，冷流體出口通道與冷流體匯流道相連通，冷流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形冷流道(8)的一側(cè)相連，鋸齒形冷流道的另一側(cè)與冷流體匯流道相連；所述熱流體入口通道與熱流體分流道相連通，熱流體出口通道與熱流體匯流道相連通，熱流體分流道與換熱器芯體上的鋸齒形熱流道(9)的一側(cè)相連，鋸齒形熱流道的另一側(cè)與熱流體匯流道相連；所述上密封板和下密封板分別設(shè)置在板式換熱器的上下表面處，換熱器芯體位于上密封板和下密封板之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，其特征在于:所述換熱器芯體由換熱器隔板1(7-1)和換熱器隔板11(7-2) 二層交替疊加而成，換熱器隔板I與換熱器隔板II之間形成隔板微通道(12)，所述隔板微通道根據(jù)走向不同分為鋸齒形冷流道和鋸齒形熱流道，換熱器隔板I的上表面與換熱器隔板II的下表面構(gòu)成鋸齒形冷流道，換熱器隔板I的下表面與換熱器隔板II的上表面構(gòu)成鋸齒形熱流道。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，其特征在于:所述換熱器隔板1(7-1)層的左上面設(shè)置有冷流體分流道，其右下面設(shè)置有熱流體分流道，換熱器隔板11(7-2)層的左上面設(shè)置有熱流體匯流道，其右下面設(shè)置有冷流體匯流道。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，其特征在于:所述冷流體分流道、冷流體匯流道、熱流體分流道和熱流體匯流道的橫截面積均為矩形狀通道。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，其特征在于:所述鋸齒形冷流道(8)與鋸齒形熱流道(9)做成凸凹不平、呈波浪形結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于3D打印技術(shù)的新型微通道板式換熱器，屬于一種新型換熱裝置，其包括冷流體入口通道、熱流體入口通道、冷流體出口通道、熱流體出口通道、冷流體分流道、冷流體匯流道、熱流體分流道、熱流體匯流道、上密封板和下密封板。該板式換熱器是基于3D打印技術(shù)一體成型制備的，具有傳熱系數(shù)高、換熱面積大，無焊接界面，密封性好等特點，且有效克服了傳統(tǒng)換熱器板片對焊接時的變形與拉裂問題，消除了焊接時的變形應(yīng)力；同時，所成型的微通道換熱器的結(jié)構(gòu)性能好，承壓能力強(qiáng)，采用鎳基合金作為材料，具有很好的耐腐蝕性與耐高溫性能。
【IPC分類】F28D9/00
【公開號】CN204830955
【申請?zhí)枴緾N201520507717
【發(fā)明人】王燕靈, 閆岸如, 楊恬恬, 馬志紅, 王智勇
【申請人】成都三鼎日新激光科技有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年7月14日