双侧异型流道的高压紧凑换热器结构及其组装方法与流程

本发明涉及换热设备领域，具体涉及双侧异型流道的高压紧凑换热器结构及其组装方法。

背景技术：

换热器广泛应用于各行各业。板式换热器由于单位体积换热面积大，具有结构紧凑、体积小、易于清洗维护等优势。但板式换热器一般采用塑料密封，承压能力低。随后出现的板翅式换热器改进了工艺，采用钎焊，提高了承压能力，但一般也低于10mpa，且仅能在低温条件下使用。近年来出现的印刷电路板式换热器(pche)采用蚀刻和扩散焊工艺，承温承压能力得到极大提高，但蚀刻工艺决定了pche通道一般须在3mm以下，通道尺度较大时会造成蚀刻精度下降、成本增高以及原材料的严重浪费。因此当设计通道尺度较大时，pche难以使用。同时，当工质含有杂质时，pche的微小通道易于堵塞，难以使用。

在传统及新型动力系统中，一般换热器的一侧为闭式循环的清洁工质，而另一侧为各类含有杂质的高温气体。清洁工质侧一般压力高、工质密度高，流道可设计为微小通道以提高单位体积换热面积，达到紧凑换热的目的。然而对于例如核反应堆热工水力实验中的高温气体侧而言，一般压力低、工质密度低且含有杂质，需要相对较大的流道，与清洁工质侧流道存在差异。目前还没有满足上述要求的紧凑式换热器可供选择，现有技术中，针对高温高压条件下含杂质工质的换热器一般采用传统管壳式换热器，单位体积换热面积一般小于200m²/m³，体积大、笨重、成本高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供双侧异型流道的高压紧凑换热器结构及其组装方法，以解决现有技术中没有针对高温高压条件下含杂质工质的紧凑式换热器的问题，实现补填补高温高压、含杂质工质条件下紧凑换热器的技术空白，可用于高温高压、双侧流道差异化需求、以及杂质运行环境等特殊场合的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

双侧异型流道的高压紧凑换热器结构，包括上承压板、下承压板，所述上承压板和下承压板之间固定若干换热单元，所述换热单元包括上、下分布的流体a侧换热板、流体b侧隔板，所述流体a侧换热板的上表面设置若干a侧流道，所述流体a侧换热板和流体b侧隔板之间设置流体b侧换热翅片，所述流体b侧换热翅片呈若干槽道状，所述流体b侧换热翅片与流体a侧换热板、流体b侧隔板之间形成冷却流道。

针对现有技术中没有针对高温高压条件下含杂质工质的紧凑式换热器的问题，本发明提出双侧异型流道的高压紧凑换热器结构，上承压板在上、下承压板在下，两者之间设置若干换热单元，每个换热单元均包括上、下分布的流体a侧换热板、流体b侧隔板，所述流体a侧换热板的上表面设置若干a侧流道，用于a侧流体的流动。流体a侧换热板和流体b侧隔板之间设置流体b侧换热翅片，流体b侧换热翅片呈若干槽道状，流体b侧换热翅片与流体a侧换热板、流体b侧隔板之间形成冷却流道，用于b侧流体的流动。通过槽道状的流体b侧换热翅片实现紧凑布局，通过流体a侧换热板、流体b侧换热翅片的配合，实现a侧流体和b侧流体的换热效果。

所述流体a侧换热板和流体b侧隔板之间设置位于两端的流体b侧端部承压块。流体b侧端部承压块用于密封和承压，便于压力流体在冷却流道内的稳定流动。

所述a侧流道为上端敞口的半圆形中空流道。有利于增大a侧流体与流体a侧换热板之间的接触面积，在紧凑空间内进一步提高换热效果。

所述流体a侧换热板的下表面设置若干第一凸起，流体b侧隔板的上表面设置若干第二凸起，所述第一凸起与第二凸起在流体b侧换热翅片的槽道内间隔排列。

第一凸起与第二凸起均用于起到扰动b侧流体实现强化传热的作用，第一凸起与第二凸起在流体b侧换热翅片的槽道内间隔排列，即是相邻两个槽道之间，其中一个槽道内为第一凸起，另一个槽道内为第二凸起，能够通过各凸起进一步增大接触面积，提高换热效率。

所述第一凸起、第二凸起均为球冠形凸起。有利于增大接触面积。

所述流体b侧换热翅片呈弓型，其上的相邻两个槽道之间，一个槽道的敞口端朝上、另一个槽道的敞口端朝下。即是流体b侧换热翅片不断弯折呈弓型结构，弯折出的槽道的依次开口朝上、朝下。

所述换热单元内设置多层流体a侧换热板或多层流体b侧换热翅片。本方案中，每一层a侧换热板或流体b侧换热翅片中流过的流体工质可以不同，实现多流体高效换热。

若干换热单元在上承压板和下承压板之间上下分布。

双侧异型流道的高压紧凑换热器结构的组装方法，包括以下步骤：

(a)将下承压板放置于最底层，在下承压板上叠放若干层换热单元，最上端放置上承压板；

(b)堆叠后的芯块整体放置入高温扩散焊炉，在高温环境下均匀施加压力，换热单元内的流体b侧隔板、流体b侧翅片(以及两端的流体b侧端部承压块、流体a侧换热板自然生长为一个整体，并与上承压板、下承压板自然生长实现高强度连接，形成完整的换热芯块；

(c)换热芯块通过氩弧焊与双侧进出口接管连接。

进一步的，若干层换热单元的叠放方法为：在下承压板上放置一层流体b侧翅片及其两端的流体b侧端部承压块，再放置一层流体a侧换热板，之后将流体b侧隔板、流体b侧翅片及两端的流体b侧端部承压块、流体a侧换热板依次周期性排列，最上端放置上承压板。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明双侧异型流道的高压紧凑换热器结构及其组装方法，换热单元从下至上依次排列堆叠于上承压板和下承压板之间。堆叠好后整体放入扩散焊炉内焊接形成高强度芯体结构。本发明的单位体积换热面积可达到1000m²/m³以上，使用压力可达到20mpa以上，使用温度可达到700℃以上，可用在工质含有大量杂质的运行环境。

2、本发明双侧异型流道的高压紧凑换热器结构及其组装方法，相比传统管壳式换热器，单位体积换热面积提升5倍以上。相比传统板式/板翅式换热器，运行温度提高3倍以上，运行压力提高2倍以上。相比典型印刷电路板式换热器，其对工质的清洁度要求大幅度降低，应用场景大大拓宽。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例中流体a侧换热板的截面示意图。

图2为本发明具体实施例中流体b侧隔板的截面示意图。

图3为本发明具体实施例中流体b侧翅片的截面示意图。

图4为本发明具体实施例中换热单元的截面示意图。

图5为本发明具体实施例的整体截面示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-流体a侧换热板，2-a侧流道，3-第一凸起，4-流体b侧隔板，5-第二凸起，6-流体b侧翅片，7-流体b侧端部承压块，8-上承压板，9-下承压板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图5所示的双侧异型流道的高压紧凑换热器结构，包括上承压板8、下承压板9，所述上承压板8和下承压板9之间固定若干换热单元，所述换热单元包括上、下分布的流体a侧换热板1、流体b侧隔板4，所述流体a侧换热板1的上表面设置若干a侧流道2，所述流体a侧换热板1和流体b侧隔板4之间设置流体b侧换热翅片6，所述流体b侧换热翅片6呈若干槽道状，所述流体b侧换热翅片6与流体a侧换热板1、流体b侧隔板4之间形成冷却流道。

本实施例的组装方法为：

(a)将下承压板9放置于最底层，在下承压板9上叠放若干层换热单元，最上端放置上承压板8；

(b)堆叠后的芯块整体放置入高温扩散焊炉，在高温环境下均匀施加压力，换热单元内的流体b侧隔板4、流体b侧翅片6，并在两端安装用于承压和密封的流体b侧端部承压块7、流体a侧换热板11自然生长为一个整体，并与上承压板8、下承压板9自然生长实现高强度连接，形成完整的换热芯块；

(c)换热芯块通过氩弧焊与双侧进出口接管连接。

实施例2：

如图1至图5所示，由一系列平行布置的换热单元及上承压板8和下承压板9组成。每个换热单元由流体a侧换热板1、流体b侧端部承压块7、流体b侧翅片6以及流体b侧隔板4组成。流体a侧换热板1上表面有直径1-3mm的a侧流道2，a侧流道2由光化学蚀刻工艺加工成形，下表面有直径5mm-8mm、高1mm-3mm的球冠形凸起结构3，同样采用光化学蚀刻工艺加工成形。流体b侧隔板4为厚度0.5mm-2mm的不锈钢板，其上表面通过蚀刻或冲压形成直径5mm-8mm、高1mm-3mm的球冠形凸起结构5。流体a侧换热板1和流体b侧隔板4之间夹有流体b侧翅片6和流体b侧端部承压块7。流体b侧翅片6截面为矩形槽道，厚度t＝0.5-1.5mm、高h＝5mm-10mm、节距p＝4mm-10mm，由大冲力冲压工艺加工成形。流体b侧翅片6的矩形槽道与流体a侧换热板1和流体b侧隔板4形成流体b侧的纵向方形冷却流道。第一凸起3和流体b侧隔板上表面的球冠形凸起结构5在流体b侧翅片6的矩形槽道内间隔排列，起到扰动b侧流体实现强化传热的作用。流体b侧端部承压块7放置于流体a侧换热板1和流体b侧隔板4之间的两端，起到密封和承压的作用。流体a侧换热板1、流体b侧端部承压块7、流体b侧翅片6、流体b侧隔板4、上承压板8、下承压板9的材料均为不锈钢或镍基合金。

本实施例中的流体b侧翅片6为不锈钢翅片。

在上述结构的成形过程中，将下承压板9放置于最下层，下承压板9上放置一层流体b侧翅片6及其两端的流体b侧端部承压块7，再放置一层流体a侧换热板1，之后将流体b侧隔板4、流体b侧翅片6及其两端的流体b侧端部承压块7、流体a侧换热板1依次周期性排列，最上端放置上承压板8。堆叠后的芯块整体放置入高温扩散焊炉，在高温环境下均匀施加一定的压力，由于界面分子的自由扩散，换热单元内流体b侧隔板4、流体b侧翅片6及其两端的流体b侧端部承压块7、流体a侧换热板1自然生长为一个整体，并与上承压板8、下承压板9自然生长实现高强度连接，形成完整的换热芯块。换热芯块再通过常规氩弧焊与双侧进出口接管连接，形成完整的双侧异型流道的高压紧凑换热器。

本实施例中，每个换热单元也可以放置多层流体a侧换热板1，或多层流体b侧翅片6及其两端的流体b侧端部承压块7。每个换热单元放置多层时，每一层流过的流体工质可以不同，实现多流体高效换热。

本实施例中，第一凸起3和第二凸起5也可以根据应用实际需要去掉，直接采用平直表面，降低加工制造难度和成本。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。