一种热交换流体通道、热交换器及热交换方法技术

本发明专利技术公开了一种热交换流体通道及热交换器，在流体通道的横截面内，包括多个单元流道，所有单元流道均为紧密排布的的多边形，且每个单元流道周围分布的单元流道的个数与该单元流道的边数相等，任意相邻两个单元流道的相邻边相向对应，相邻单元流道的对应边与边之间的热导体作为流体间隔壁。本发明专利技术通过优化设有热交换流体通道的排布结构，利于显著提高换热效率。该换热流体通道是由多个单元流道构成，进一步优化设计该换热流体通道横向截面内单元流道的结构、以及所有单元流道的排布结构，以提高换热器整体的热交换效率。以提高换热器整体的热交换效率。以提高换热器整体的热交换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种热交换流体通道、热交换器及热交换方法


[0001]本专利技术涉及热交换
，具体涉及一种热交换流体通道、热交换器及热交换方法。

技术介绍

[0002]热交换器，是将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。热交换器在工业生产中的应月极为普遍，遍及动力、冶金、化工、石油、食品、医药及航空航天等各工业部门。
[0003]提高热交换器的换热效率，使热交换器结构更加紧凑，在世界范围内均是一个热点的研究课题。目前，工业上使用的高效热交换器通常采用传热管增加翅片、板翅式换热形式、印刷电路板式热交换器等方式。

技术实现思路

[0004]基于上述技术背景，本专利技术提供了一种热交换流体通道及热交换器，通过优化设计流通通道排布结构及换热器结构，可以实现热交换器换热效率的大幅提高。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种热交换流体通道，在流体通道的横截面内，包括多个单元流道，所有单元流道均为紧密排布的的多边形，且每个单元流道周围分布的单元流道的个数与该单元流道的边数相等，任意相邻两个单元流道的相邻边相向对应，相邻单元流道的对应边与边之间的热导体作为流体间隔壁。进一步优选，当流体通道中有两种流体通流时，两种流体可分为热流体和冷流体，除去位于边缘的流体通道外，其中一种流体通道周围的流体通道均为另一种流体的流体通道；例如，基于每个单元流道内用于流通流体的种类划分，多个单元流道包括热单元流道和冷单元流道；每个热单元流道周围均分布为冷单元流道，或每个冷单元流道周围均分布为热单元流道。
[0007]本专利技术通过优化设有热交换流体通道的排布结构，利于显著提高换热效率。该换热流体通道是由多个单元流道构成，进一步优化设计该换热流体通道横向截面内单元流道的结构、以及所有单元流道的排布结构，以提高换热器整体的热交换效率。上述记载“且每个单元流道周围分布的单元流道的个数与边数相等”此处是指，以任意一个单元流道为基准，分布在该单元流道周围的、且有对应边的单元流道。基于每个单元流道内用于流通流体的种类划分，每个热单元流道周围分布有多个冷单元流道，且优选每个热单元流道周围分布的全部是冷单元流道；对每个冷单元流道周围分布多个热单元流道，且优选每个冷单元流道周围分布的全部是热单元流道。
[0008]可以在换热体的横截面开设多个通道作为流体通道，每个通道作为一个单元流道，此时，相邻单元流道的相邻边之间的热导体作为间隔壁，热导体就是换热体的材质，如不锈钢等；也可采用多个换热管侧壁依次相邻拼接，形成在横截面上有多个通道换热体，此时，每个换热管的中空部位作为一个单元流道，相邻换热管之间对接的侧壁连接为一体作
为热导体。
[0009]进一步优选，所有间隔壁的边长相等。即进一步优选所有多边形形状和大小相同。
[0010]进一步优选，所述单元流道相邻边之间的结合处通过圆角或倒角过渡；以进一步提高热交换流体通道结构和热性能，提高其使用寿命。
[0011]进一步优选，所述单元流道的任意一条、或两条或两条以上的边的形状包括弧形、波浪形、三角齿形、矩形齿形。通过将单元流道的横截面的边衍生为非直线型结构，如弧形、波浪形或锯齿形结构，利于进一步提高热交换面积，提高换热性能。
[0012]进一步优选，按泰森多边形算法完成对平面的剖分，形成多边形流体通道。
[0013]进一步优选，所有单元流道沿平面内某方向整体变形。平面内所有特征的x坐标、y坐标分别乘以系数。
[0014]进一步优选，每个单元流道的截面均为正多边形。
[0015]进一步优选，每个单元流道的截面为正六边形、正四边形或正三角形。通过进一步优选设计每个流体通道的截面为正六边形、正四边形或正三角形，可实现每个流体通道截面大小相等，所有间隔壁长度相等、厚度相等，所有流道单元均匀分布的流体通道结构，进一步利于实现每个热单元流道周围全部分布冷流道单元，或者每个冷流道单元全部分布热流道单元；如正四边形和三角形，还利于同时实现每个热流道周围全部分布为冷流道，且每个冷流道周围全部分布为热流道
[0016]进一步优选，对于两种流体，对于如热流体或冷流体两种流体，每个热流道周围分布为冷流道，且每个冷流道周围分布为热流道。利于提高换热效率。
[0017]进一步优选，每个单元流道的边长为0.005mm～50mm；间隔壁的厚度为0.001mm～20mm。例如，每个单元流道的边长为0.005mm～50mm；对于正六边形的单元流道，间隔壁的厚度为0.001mm～20mm；对于正四边形或正三角形的单元流道，间隔壁的厚度为0.01mm～10mm。
[0018]一种热交换器，包括上述的一种热交换流体通道。
[0019]进一步优选，所有单元流道沿轴向螺旋设置，作为螺旋形换热流体通道；或者所有单元流道沿轴向呈直线形结构，作为直通形热交换流体通道；或者所有单元流道沿空间曲线延伸，作为曲线形热交换流体通道，沿空间曲线延伸同时沿当前流体通道轴向螺旋设置，或者作为曲线形热交换流体通道的部分单元流道段为直线形结构或螺旋形结构。
[0020]进一步优选，热交换器外形的横截面和/或纵向截面，与所有流体通道布置的外形轮廓结构相同。
[0021]进一步优选，所述热交换流体通道纵向截面形状包括波浪形、三角齿形、矩形齿形。
[0022]进一步优选，所述热交换器为一体化加工制作成形，采用包括3D打印在内的智能制造技术。
[0023]一种热交换方法，采用上述一种热交换流体通道，或采用上述的一种热交换器；当流体通道中有两种流体通流时，除去位于边缘的流体通道外，其中一种流体通道周围的流体通道均为另一种流体的流体通道。例如，在热单元流道内流通热流体，在冷单元流道内流通冷流体，使得每个热单元流道周围分布为冷单元流道，和/或每个冷单元流道周围分布为热单元流道。
[0024]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0025]本专利技术通过优化设有热交换流体通道的排布结构，利于显著提高换热效率。该换热流体通道是由多个单元流道构成，进一步优化设计该换热流体通道横向截面内单元流道的结构、以及所有单元流道的排布结构，以提高换热器整体的热交换效率。
[0026]本专利技术可采用3D打印等智能制造技术一体化制备成型，可以突破“管”、“板”式换热器带来的工艺限制，实现工艺流体流道周围均为厂用公用工程流体流道的布置，大幅提高工艺流体的换热效率。应用本专利技术设计构思，开展了现有换热器的替换型设计，即完全满足现有换热器换热功能、承压功能的情况下，总换热系数大幅提高，且重量、体积、制造周期均可大幅降低。
附图说明
[0027]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：
[0028]图1为本专利技术六边形紧密排布的热交换器流体通道横截面示意图；
[0029]附图1中标记及对应的零部件名称：1
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单元流道的边，2
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间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热交换流体通道，在流体通道的横截面内，包括多个单元流道，其特征在于，所有单元流道均为紧密排布的的多边形，且每个单元流道周围分布的单元流道的个数与该单元流道的边数相等，任意相邻两个单元流道的相邻边相向对应，相邻单元流道的对应边与边之间的热导体作为流体间隔壁。2.根据权利要求1所述的一种热交换流体通道，其特征在于，所有单元流道的边长相等。3.根据权利要求1所述的一种热交换流体通道，其特征在于，所述单元流道相邻边之间的结合处通过圆角或倒角过渡。4.根据权利要求1所述的一种热交换流体通道，其特征在于，所述单元流道的任意一条、或两条或两条以上的边的形状包括弧形、波浪形、三角齿形、矩形齿形。5.根据权利要求1所述的一种热交换流体通道，其特征在于，按泰森多边形算法完成对平面的剖分，形成多边形流体通道。6.根据权利要求1所述的一种热交换流体通道，其特征在于，所有单元流道沿平面内某方向或某几个方向整体变形。7.根据权利要求1至6任一项所述的一种热交换流体通道，其特征在于，每个单元流道的截面为正六边形、正四边形或正三角形。8.根据权利要求7所述的一种热交换流体通道，其特征在于，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：何戈宁，吴舸，李冬慧，李毅，邓丰，谈国伟，鲁佳，汤臣杭，苏桐，袁宏，田雅婧，张文其，臧峰刚，杨洪润，余红星，汤华鹏，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：