一种高压紧凑式换热器及其工作方法与流程

本发明涉及一种换热器，尤其涉及一种高压紧凑式换热器。

背景技术：

近年来，随着航空航天、舰船、海洋平台、第四代核电、光热发电、分布式能源等行业的发展，对各类紧凑式换热器的需求日益迫切，并还要求换热器满足效率高、耐高温高压、结构紧凑、体积和重量小的设计目标。另外，在一些前沿技术领域，例如：新型的超临界二氧化碳布雷顿动力循环发电装置中，需要高效的气体与气体或气体与超临界流体的换热器，同时，为了控制成本和减小体积，要求采用紧凑式换热器。

目前，扩散焊印刷电路板换热器受到广泛关注，其优点是水力直径小(1mm左右)，紧凑度极高(可达2500m²/m³以上)，可承受高温高压，缺点主要有两方面：一是扩散焊制作工艺成本太高，可制作的换热模块尺寸较小；二是选材仅限于少数几种材料牌号，如：304/316奥氏体不锈钢、钛、镍基合金、铜等。此外，扩散焊印刷电路板换热器产品的检验和维护也有诸多不便。如果能够实现免扩散焊的、可承受高温高压的印刷电路板换热器，则对于弥补上述缺点，扩大市场应用范围有重要意义。在各类经典的换热器类型中，管壳式换热器应用广泛、技术成熟。将管壳式换热器与印刷电路板换热器相结合，并采用正压差(壳程压力＞管程压力)，有望实现上述设想，且在行业上未见有相关报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种如何实现免扩散焊的印刷电路板换热器。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种高压紧凑式换热器，其特征在于：包括壳体，壳体内布置层层叠合的换热板对，换热板对的两端分别穿过一个管板，两个管板内侧分别与壳体两端相连，两个管板外侧分别与一封箱相连；

换热板对内部形成低压侧流体通道，换热板对与换热板对之间形成高压侧流体通道；高压侧进口连接段和高压侧出口连接段分别设于壳体两端，且分别与所述高压侧流体通道的进、出口相连；低压侧进口连接段和低压侧出口连接段分别穿过两个封箱，且分别与所述低压侧流体通道的进、出口相连。

优选地，所述换热板对由两块换热板相互贴合配对、呈镜面对称布置组成；每块换热板的正面和背面均设有间隔设置的槽道和肋，相邻槽道通过肋隔开。

更优选地，所述换热板每个面上的槽道相互平行。

更优选地，所述换热板上的槽道截面呈圆弧形，双面槽道呈交错布置。

更优选地，所述换热板两面的槽道在换热板的两端过渡段不平行、中间段互相平行。

更优选地，所述换热板对的两块换热板的长边边缘焊接密封，在换热板对内部两块换热板之间形成低压侧流体的通道。

优选地，所述壳体为圆筒体。

优选地，所述换热板对以适合壳体内壁尺寸的不同宽度层层叠合，置于壳体内。

优选地，相邻换热板对之间的缝隙，以及换热板对与管板之间的缝隙均焊接密封。

优选地，所述换热板对上高压侧流体通道的两端形成90°转弯的高压侧进、出口过渡段槽道，高压侧进、出口过渡段槽道延伸至换热板对的侧面，形成高压侧进口和高压侧出口；高压侧进口和高压侧出口分别与所述高压侧进口连接段和高压侧出口连接段连接。

优选地，所述壳体与管板连接处形成高压侧承压边界，管板与封箱连接处形成低压侧承压边界。

优选地，所述换热板采用可通过化学蚀刻加工槽道的各类金属材料制成。

优选地，所述换热板的槽道采用化学蚀刻加工。

更优选地，所述的槽道采用直线或波浪线形式，也可采用不连续结构，形成“s”形或翼形结构的肋。

本发明还提供了上述的高压紧凑式换热器的使用方法，其特征在于：首先，高压流体从高压侧进口连接段输入至壳体，沿壳程的高压侧流体通道流向高压侧出口连接段；然后，低压流体从低压侧进口连接段输入至壳体，沿板程的低压侧流体通道流向低压侧出口连接段；确保换热板对始终处于正压差作用，使换热板对处于压缩受力状态，从而保持压力边界的完整性，高、低压流体被换热板对隔离；壳体与管板承受高压侧流体的压力；流动过程中，高压侧流体与低压侧流体进行传热；工作结束时，先卸掉低压侧压力，再卸掉高压侧压力，确保换热板对始终处于正压差作用。

优选地，所述流体的流动方向为逆流。

本发明提供的装置克服了现有技术的不足，换热板之间无须扩散焊即可实现高压差流体的换热；换热板可选用任何可化学蚀刻的金属材料，不受扩散焊工艺的限制；加工制造均采用成熟的、低成本的工艺，造价便宜；紧凑度及传热性能均与扩散焊印刷电路板换热器相当。

附图说明

图1为本发明换热板结构示意图；(a)正面结构；(b)背面结构；

图2为本发明换热板对结构示意图；

图3为本发明换热板对中间段横截面示意图；

图4为本发明换热器管板与换热板配合结构示意图；

图5为本发明高压紧凑式换热器的整体结构示意图；

附图标记说明：

1-换热板，2-槽道，3-肋，4-换热板对，5一换热板对边缘焊缝，6-管板，7-换热板对端部焊缝，8一管板与换热板焊缝，9-壳体，10-高压侧进口连接段，11一高压侧出口连接段，12一封箱，13-低压侧进口连接段，14-低压侧出口连接段。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为换热板结构示意图，所述的换热板1的正面和背面均设有间隔设置的槽道2和肋3。即：相邻肋3之间形成槽道2，相邻槽道2通过肋3隔开。每个面上的槽道2相互平行。两面的槽道2在换热板1的两端过渡段不平行，中间段互相平行。换热板1上的槽道截面呈圆弧形。

结合图2，两块换热板1互相贴合，呈镜面对称设置，形成换热板对4。换热板对4的长边通过换热板对边缘焊缝5形成密封边界。在换热板对4内部形成低压侧流体的通道。

结合图3，两组换热板对4叠合时，两组换热板对4在中间段的双面的槽道1呈交错布置。

结合图4，换热板对4制作成不同宽度，层层叠合。相邻换热板对4的两端端部形成换热板对端部焊缝7。层层叠合后的换热板对4的两端分别穿过一管板6，换热板对4与管板6之间形成管板与换热板焊缝8。通过换热板对端部焊缝7和管板与换热板焊缝8形成密封边界。在换热板对4与换热板对4之间形成高压侧流体的通道。换热板对4的两端的高压侧进、出口过渡段槽道90°转弯，并在换热板对4的侧面形成高压侧进口和高压侧出口。

结合图5，高压紧凑式换热器包括壳体9，壳体9内布置层层叠合的换热板对4，高压侧进口连接段10和高压侧出口连接段11设置在壳体9的两端，分别与换热板对4上的高压侧进口和高压侧出口连接。壳体9两端分别与两端的管板6一侧连接形成高压侧承压边界，两端的管板6另一侧分别与一封箱12连接形成低压侧承压边界，两个封箱12分别与低压侧进口连接段13和低压侧出口连接段14连接。

上述高压紧凑式换热器的工作方法如下：

首先，高压流体从高压侧进口连接段10输入至壳体9，沿壳程流向高压侧出口连接段11；然后，低压流体从低压侧进口连接段13输入，沿板程流向低压侧出口连接段14；确保换热板对4始终处于正压差作用，使换热板对4处于压缩受力状态，可保持压力边界的完整性，两侧的流体被换热板对4隔离；壳体9与管板6承受高压侧流体的压力；流动过程中高压侧与低压侧流体通过换热板1进行传热；工作结束时，先卸掉低压侧压力，再卸掉高压侧压力，确保换热板对4始终处于正压差作用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。