多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体

本发明涉及换热器，具体为一种多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体。

背景技术：

1、印刷电路板式换热器（pche）凭借其紧凑的结构、优异的传热性能以及耐高温高压的能力，已在超临界二氧化碳布雷顿循环、液化天然气气化、余热回收等能源动力领域得到日益广泛的应用。该类换热器通常由若干刻有微通道的金属板片交替堆叠并经扩散焊接制成，板片尺度上的微通道排布方式直接影响着换热器的热工水力性能与力学可靠性。

2、目前，针对pche微通道结构的研究大多集中在单通道几何尺寸与截面形状的优化层面，而对于板片尺度内多流道的整体布局形式及其对流动传热影响规律的认识仍十分有限。已有研究表明，在换热器体积严格受限且承受大幅温度变化的应用场景下，流道布置不仅决定了换热效率的高低，还直接影响板片内部热应力的分布状态。特别地，当冷热两侧板片流道结构不对称时，焊接界面处因热膨胀系数差异引发的热应力易导致芯体变形甚至焊缝开裂，成为制约大温差工况下长期稳定运行的瓶颈之一。

3、中国专利申请cn115823926a提出了一种z型微通道多回程印刷电路板式换热器芯体方案，其采用一侧为z型多回程曲折板片、另一侧为直通道板片的非对称组合形式，旨在通过增加单侧流道长度来提升换热面积。然而，该方案仍存在如下不足：一方面，z型板片与直板片流道结构差异显著，扩散焊接后两侧板片在温度交变载荷下的形变协调性较差，热应力集中问题未得到有效缓解；另一方面，该方案中单个板片的流道分支数量较少（均为单分流布置），流道整体布局在板片宽度方向上的分配均匀性有限，出口区域汇流时存在较为明显的流动不平衡现象，制约了传热性能的进一步提升。此外，对于大流量工况，单分流布置所需的板片数量较多，不利于换热器体积的紧凑化设计。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，以解决背景技术中存在的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，包括冷侧流体板片和热侧流体板片，所述冷侧流体板片与热侧流体板片交替堆叠并扩散焊接成一体，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上均划分有核心换热区和位于核心换热区两侧的进出口区域，二者在核心换热区内的微通道结构完全相同且在板片堆叠方向上相互正对；各流体板片上的微通道呈多分流布置，每一分流路径均沿板片宽度方向的中线对称分布，且各分流路径沿板片长度方向呈往复曲折延伸。

3、优选地，各流体板片上并联设置的微通道数量为10-70个，微通道的横截面为矩形、半圆形、梯形或椭圆形中的一种或者多种的组合，微通道的水力直径为0.5mm-3mm。

4、优选地，该芯体为a-1型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为两条，该两条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈直角z形多曲折，曲折夹角为90°，曲折数量为2-8个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

5、优选地，两条分流路径的进口端均位于板片同一侧的进出口区域内，出口端均位于板片另一侧的进出口区域内，且各分流路径的进口端和出口端分别通过分流槽和汇流槽与对应的进出口区域连通。

6、优选地，该芯体为a-2型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为两条，该两条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈钝角回形多曲折，曲折夹角为110°-150°，曲折数量为2-8个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

7、优选地，各分流路径的回形曲折方向与板片宽度方向的中线平行，且每一回形曲折的转角处均设有圆弧过渡段。

8、优选地，该芯体为a-3型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为四条，该四条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈直角z形多曲折，曲折夹角为90°，曲折数量为2-10个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

9、优选地，四条分流路径中位于中线上方的两条分流路径和位于中线下方的两条分流路径分别对称排布，且四条分流路径的进口段共同汇集于板片一侧的进出口区域内、出口段共同汇集于板片另一侧的进出口区域内。

10、优选地，各流体板片上的进出口区域仅用于工质的分流和汇流，所述进出口区域的面积小于核心换热区的面积，且进出口区域内的流道不设置曲折结构。

11、优选地，各分流路径上的曲折节距沿板片长度方向等距分布，且各分流路径在曲折前后的流通截面积保持一致。

12、本发明的有益效果：本发明通过冷热侧板片核心换热区内微通道结构的完全对称对应设计，配合双分流或四分流的对称布置方式，使扩散焊接后冷热两侧板片在温度交变载荷下的热变形协调性得到明显改善，有效缓解了焊接界面因热膨胀不匹配引起的热应力集中问题；同时，采用两条或四条分流路径沿板片中轴线对称延伸的布置方式，使各分流路径在板片宽度方向上的流动分配更为均匀，避免了出口汇流时的流动不平衡现象，配合z形及回形多曲折路径对流体的持续扰动作用，显著强化了板片尺度上的整体传热性能；此外，通过增加单个板片的分流数量，在同等换热量下可减少所需板片数量，有利于换热器体积的紧凑化设计，且各分流路径的曲折数量及壁面间隙的合理取值范围兼顾了焊接工艺可靠性、流动阻力损失与换热面积利用率之间的平衡，从而使本发明在传热性能、热应力控制、流动均匀性和结构紧凑性方面均获得了综合性的改善。

1.一种多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：包括冷侧流体板片和热侧流体板片，所述冷侧流体板片与热侧流体板片交替堆叠并扩散焊接成一体，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上均划分有核心换热区和位于核心换热区两侧的进出口区域，二者在核心换热区内的微通道结构完全相同且在板片堆叠方向上相互正对；各流体板片上的微通道呈多分流布置，每一分流路径均沿板片宽度方向的中线对称分布，且各分流路径沿板片长度方向呈往复曲折延伸。

2.根据权利要求1所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：各流体板片上并联设置的微通道数量为10-70个，微通道的横截面为矩形、半圆形、梯形或椭圆形中的一种或者多种的组合，微通道的水力直径为0.5mm-3mm。

3.根据权利要求1所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：该芯体为a-1型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为两条，该两条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈直角z形多曲折，曲折夹角为90°，曲折数量为2-8个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

4.根据权利要求3所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：两条分流路径的进口端均位于板片同一侧的进出口区域内，出口端均位于板片另一侧的进出口区域内，且各分流路径的进口端和出口端分别通过分流槽和汇流槽与对应的进出口区域连通。

5.根据权利要求1所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：该芯体为a-2型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为两条，该两条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈钝角回形多曲折，曲折夹角为110°-150°，曲折数量为2-8个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

6.根据权利要求5所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：各分流路径的回形曲折方向与板片宽度方向的中线平行，且每一回形曲折的转角处均设有圆弧过渡段。

7.根据权利要求1所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：该芯体为a-3型结构，所述冷侧流体板片和热侧流体板片上的分流路径为四条，该四条分流路径沿板片宽度方向的中线上下对称布置，各分流路径呈直角z形多曲折，曲折夹角为90°，曲折数量为2-10个，相邻曲折之间的壁面间隙为2mm-10mm。

8.根据权利要求7所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：四条分流路径中位于中线上方的两条分流路径和位于中线下方的两条分流路径分别对称排布，且四条分流路径的进口段共同汇集于板片一侧的进出口区域内、出口段共同汇集于板片另一侧的进出口区域内。

9.根据权利要求1所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：各流体板片上的进出口区域仅用于工质的分流和汇流，所述进出口区域的面积小于核心换热区的面积，且进出口区域内的流道不设置曲折结构。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的多分流曲折微通道印刷电路换热器芯体，其特征在于：各分流路径上的曲折节距沿板片长度方向等距分布，且各分流路径在曲折前后的流通截面积保持一致。