CN106839833B - 一种印刷电路板式熔盐气体换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种印刷电路板式熔盐气体换热器，包括换热板芯体，换热板芯体包括至少1个周期性结构，周期性结构由依次叠设的第一气体换热板、熔盐换热板和第二气体换热板组成；熔盐换热板设置有多条熔盐流道，熔盐流道从熔盐换热板的纵向第一端延伸至熔盐换热板的纵向第二端；第一气体换热板和第二气体换热板上均设置有多条气体流道，气体流道从相应气体换热板的横向第一端延伸至相应气体换热板的横向第二端。本发明采用错流的方式换热，合理分配空间，极大地利用了热盐的显热；本发明中流道的周期性曲线结构可增加流体的湍动性，破坏近壁面处的换热边界层，提高换热效率。

Description

一种印刷电路板式熔盐气体换热器

技术领域

本发明涉及换热装置领域，特别是涉及一种印刷电路板式熔盐气体换热器。

背景技术

换热器被广泛应用到石油化工、航空航天、海洋工程、船舶和核电等工业领域，可以实现不同工质之间的热量交换，而现有的各类换热器普遍存在换热面积密度低，体积重量大，抗高温高压性能差，传热效率低等问题，特别是在核电领域，随着第四代核反应堆的推广应用，传统焊接方式建造的换热器无法满足核反应堆内高温高压介质的使用要求。需要采用耐高温高压的新型高效换热设备。针对以上情况，印刷电路板式换热器作为高效、紧凑、新型的换热设备，是一种理想的选择，已在各种领域中得到应用。

由于印刷电路板换热器通道直径较小，熔盐在换热器通道内流动，最重要的一点就是防止熔盐温度过低，产生冻堵。以二元硝酸盐为例，其熔点为207℃，完全熔化温度为238℃，当熔盐低于238℃就会出现固态晶体，低于300℃随温度降低粘度急剧增加，故而，较低温度的熔盐需要进行升温才能在避免堵塞，但较高温度的熔盐会对换热器流道造成较大的热膨胀效应，缩短换热器的使用寿命。因此，亟需一种新的换热设备解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种印刷电路板式熔盐气体换热器，该换热器很好地防止了在低温环境熔盐造成流道堵塞，同时避免了在高温环境下熔盐会对换热器流道造成的较大的热膨胀效应，提高使用寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种印刷电路板式熔盐气体换热器，包括换热板芯体，所述换热板芯体包括至少1个周期性结构，所述周期性结构由依次叠设的第一气体换热板、熔盐换热板和第二气体换热板组成；所述熔盐换热板设置有多条熔盐流道，所述熔盐流道从所述熔盐换热板的纵向第一端延伸至所述熔盐换热板的纵向第二端；所述第一气体换热板和所述第二气体换热板上均设置有多条气体流道，所述气体流道从相应气体换热板的横向第一端延伸至相应气体换热板的横向第二端。

于本发明的一实施方式中，多条熔盐流道的流向相互平行，且相邻两条熔盐流道之间的间距相等；多条气体流道的流向相互平行，且相邻两条气体流道之间的间距相等。

于本发明的一实施方式中，所述气体流道的流向与所述熔盐流道的流向相互垂直。

于本发明的一实施方式中，所述印刷电路板式熔盐气体换热器还包括设置于换热板芯体周围的外壳，所述外壳设置有一对熔盐侧封头及一对气体侧封头，其中一所述熔盐侧封头设置有熔盐进口，另一所述熔盐侧封头设置有熔盐出口；其中一所述气体侧封头设置有气体进口，另一所述气体侧封头设置有气体出口。

于本发明的一实施方式中，所述熔盐进口和所述熔盐出口分别与所述熔盐流道的进出口端相对应，所述气体进口、所述气体出口分别与所述气体流道的进出口端相对应。

于本发明的一实施方式中，所述外壳周围设置有保温棉。

于本发明的一实施方式中，所述外壳与所述保温棉之间设置有电加热丝。

于本发明的一实施方式中，所述第一气体换热板、和所述第二气体换热板分别由两块印刷电路板对扣串联而成，以适于形成呈中心线对称的所述气体流道；所述熔盐换热板由两块印刷电路板对扣串联而成，以适于形成呈中心线对称的所述熔盐流道。

于本发明的一实施方式中，所述熔盐流道与所述气体流道的截面形状均为矩形。

于本发明的一实施方式中，所述熔盐流道和所述气体流道的流向布置形式均为Z字形、S形或一字形。

于本发明的一实施方式中，所述气体流道及所述熔盐流道的形状均为周期性曲线结构。

于本发明的一实施方式中，所述周期性曲线结构选自锯齿波浪形、正弦形、余弦形和S形的周期性曲线结构中的任意一种。

于本发明的一实施方式中，所述熔盐换热板与所述第一气体换热板、所述第二气体换热板分别通过扩散焊连接。

于本发明的一实施方式中，所述换热板芯体的材质为哈氏N合金。

如上所述，本发明的一种印刷电路板式熔盐气体换热器，具有以下有益效果：

本发明采用错流的方式换热，合理分配空间，极大地利用了热盐的显热，保证气体顺利吸热，吸热完成后成为高温高压气体，进入下一级循环推动透平做工发电；本发明采用截面形状为矩形的微小流道，流道的周期性曲线结构可增加流体的湍动性，破坏近壁面处的换热边界层，提高换热效率；微小流道的尺寸小，分布均匀，可减小流体流动的压力损失。

进一步，本发明采用的矩形流道截面能增大换热面积，减小板片厚度，使换热器的换热面积密度得到有效提高，减小换热器的体积和重量。

进一步，本发明中换热板芯体均由同一材料构成，解决了热盐对换热管道的造成热膨胀的问题，提高了换热器的使用寿命。

进一步，本发明设置电伴热与保温棉，保证换热器整体温度在熔盐的凝固点以上，避免换热过程中产生冻堵问题。

附图说明

图1显示为本发明于一实施例中印刷电路板式熔盐气体换热器结构示意图。

图2显示为本发明于一实施例中换热板芯体的结构示意图。

元件标号说明：

1 第一气体侧封头

11 气体进口

2 第二气体侧封头

21 气体出口

3 第一熔盐侧封头

31 熔盐进口

4 第二熔盐侧封头

41 熔盐出口

5 换热板芯体

51 气体换热板

511 气体流道

52 熔盐换热板

521 熔盐流道

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种印刷电路板式熔盐气体换热器，适用于石油化工、航空航天、海洋工程、船舶和核电等工业领域，可以实现不同工质之间的热量交换。请参阅图1，一种印刷电路板式熔盐气体换热器包括换热板芯体5和外壳。

其中，外壳两侧分别设置有第一熔盐侧封头3和第二熔盐侧封头4，第一熔盐侧封头3设置有熔盐进口31，第二熔盐侧封头4设置有熔盐出口41；外壳两端分别设置有第一气体侧封头1和第二气体侧封头2，第一气体侧封头1设置有气体进口11，第二气体侧封头2设置有气体出口21。

换热板芯体5包括至少1个周期性结构，周期性结构的个数与换热器的功率大小有关。周期性结构由依次叠设的气体换热板51、熔盐换热板52和气体换热板51组成。采取这种叠加方式为满足气体较大的体积流量，同时减小单流道内气体的流速，降低压降损失。

请参阅图2，熔盐换热板52设置有多条熔盐流道521，熔盐流道521从熔盐换热板52的纵向第一端延伸至熔盐换热板52的纵向第二端；熔盐流道521的中心线相互平行，相邻两条熔盐流道之间的间距相等，熔盐流道521的形状为周期性曲线结构。气体换热板51上均设置有多条气体流道511，所述气体流道511从相应气体换热板51的横向第一端延伸至相应气体换热板51的横向第二端，气体流道511的流向与熔盐流道521的流向垂直，气体流道511的中心线相互平行，相邻两条气体流道511之间的间距相等，气体流道511的形状为周期性曲线结构。熔盐流道521的进出口端分别与熔盐进口31、熔盐出口41相对应，气体流道511的进出口端分别与气体进口11、气体出口21相对应。

熔盐流道521与气体流道511的截面形状选自半圆形、矩形、椭圆形、圆形中的一种；作为示例，熔盐流道521与气体流道511的截面形状均为矩形。采用截面形状为矩形的微小流道，流道的周期性曲线结构可增加流体的湍动性，破坏近壁面处的换热边界层，提高换热效率；能增大换热面积，减小板片厚度，使换热器的换热面积密度得到有效提高，减小换热器的体积和重量。

气体换热板51和熔盐换热板521分别由两块印刷电路板对扣串联而成。如图2所示，中间的矩形流道是由两片印刷电路板对扣而成，比如，矩形流道的尺寸为1.2×2.4mm，而一般印刷电路板的厚度都比较薄，如1mm，因此在每个板片上刻出0.6mm深的通道，两个对扣一起形成宽度为1.2mm的矩形通道。

熔盐流道521、气体流道511的流向布置形式均为Z字形、S形或一字形，但不限于以上几种布置形式；不同工质的换热板片可采用相同流道布置形式，或采用不同的流道布置形式搭配使用，构成换热板芯体5。作为示例，熔盐流道521、气体流道511的流向布置形式均为Z字形。Z字形结构传热性能高，传热面积密度高，并且结构复杂程度相对比较适中，制作更加方便。

熔盐流道521、气体流道511的形状为周期性曲线结构，可以选自锯齿波浪形、正弦形、余弦形或者S形，以及其它周期性曲线结构中的任意一种。作为示例，流道的形状为锯齿波浪形。

在本实施例中，熔盐换热板52与气体换热板51通过扩散焊连接。换热板组装焊接成换热板芯体5后，可以在换热板芯体5的两侧面加工熔盐侧封头，在换热板芯体5的两端面加工气体侧封头。扩散焊连接是将焊件紧密贴合，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的原子相互扩散形成联接的焊接方法。扩散焊接压力较小，工件不产生宏观塑性变形，提高换热板芯体的质量。

在本实施例中，外壳周围缠绕有保温棉，防止热量流失。

在本实施例中，外壳与保温棉之间设置有电加热丝，在流入熔盐之前对换热器进行加热，保证换热器整体温度在熔盐的凝固点以上，避免换热过程中产生冻堵问题。

换热板芯体5的材质为耐腐蚀、导热性好的材质，所以需选择耐腐蚀的金属材质较好，作为示例，换热板芯体5的材质为哈氏N合金。由于熔盐对普通材料具有腐蚀性，而哈氏N合金具有较好的耐腐蚀性，故采用哈氏N合金，延长换热器的使用寿命。换热板芯体5的材质始终为一种材料，很好地避免了因不同材料热膨胀系数不同引起的残余应力，承压能力大大提高，延长了换热器的使用寿命。

综上所述，本发明采用错流的方式换热，合理分配空间，极大地利用了热盐的显热，保证气体顺利吸热，吸热完成后成为高温高压气体，进入下一级循环推动透平做工发电；本发明采用截面形状为矩形的微小流道，流道的周期性曲线结构可增加流体的湍动性，破坏近壁面处的换热边界层，提高换热效率；微小流道的尺寸小，分布均匀，可减小流体流动的压力损失。所以，本发明有效克服了现有技术中的缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于，包括换热板芯体，所述换热板芯体包括至少1个周期性结构，所述周期性结构由依次叠设的第一气体换热板、熔盐换热板和第二气体换热板组成；

所述熔盐换热板设置有多条熔盐流道，所述熔盐流道从所述熔盐换热板的纵向第一端延伸至所述熔盐换热板的纵向第二端；

所述第一气体换热板和所述第二气体换热板上均设置有多条气体流道，所述气体流道从相应气体换热板的横向第一端延伸至相应气体换热板的横向第二端；

所述印刷电路板式熔盐气体换热器还包括设置在换热板芯体周围的外壳，所述外壳周围设置有保温棉，所述外壳与所述保温棉之间设置有电加热丝；

其中，所述第一气体换热板、和所述第二气体换热板分别由两块印刷电路板对扣串联而成，以适于形成呈中心线对称的所述气体流道；所述熔盐换热板由两块印刷电路板对扣串联而成，以适于形成呈中心线对称的所述熔盐流道；所述熔盐流道与所述气体流道的截面形状均为矩形。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：多条熔盐流道的流向相互平行，且相邻两条熔盐流道之间的间距相等；多条气体流道的流向相互平行，且相邻两条气体流道之间的间距相等。

3.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述气体流道的流向与所述熔盐流道的流向相互垂直。

4.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述外壳设置有一对熔盐侧封头及一对气体侧封头，其中一所述熔盐侧封头设置有熔盐进口，另一所述熔盐侧封头设置有熔盐出口；其中一所述气体侧封头设置有气体进口，另一所述气体侧封头设置有气体出口。

5.根据权利要求4所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述熔盐进口和所述熔盐出口分别与所述熔盐流道的进出口端相对应，所述气体进口、所述气体出口分别与所述气体流道的进出口端相对应。

6.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述熔盐流道和所述气体流道的流向布置形式均为Z字形、S形或一字形。

7.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述气体流道及所述熔盐流道的形状均为周期性曲线结构。

8.根据权利要求7所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述周期性曲线结构选自锯齿波浪形、正弦形、余弦形和S形的周期性曲线结构中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述熔盐换热板与所述第一气体换热板、所述第二气体换热板分别通过扩散焊连接。

10.根据权利要求1至9任一所述的印刷电路板式熔盐气体换热器，其特征在于：所述换热板芯体的材质为哈氏N合金。