CN106895725B - 一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，包括：外壳；换热板芯体，设置于外壳内，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冷盐换热板、第二冷盐换热板和热盐换热板组成；第一冷盐换热板、第二冷盐换热板设置有流向平行的多条冷盐流道，所述冷盐流道从相应冷盐换热板的纵向第一端延伸至相应冷盐换热板的纵向第二端；所述热盐换热板设置有多条热盐流道，所述热盐流道从所述热盐换热板的横向第一端延伸至所述热盐换热板的横向第二端。本发明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热膨胀效应，提高换热设备使用寿命。

Description

一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器
技术领域
本发明涉及换热装置领域，特别是涉及一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器。
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双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，该换热设备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热膨胀效应，提高换热设备使用寿命。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其包括：外壳；换热板芯体，设置于所述外壳内，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冷盐换热板、第二冷盐换热板和热盐换热板组成；所述第一冷盐换热板、所述第二冷盐换热板设置有多条冷盐流道，所述冷盐流道从相应冷盐换热板的纵向第一端延伸至相应冷盐换热板的纵向第二端；所述热盐换热板设置有多条热盐流道，所述热盐流道从所述热盐换热板的横向第一端延伸至所述热盐换热板的横向第二端。
于本发明的一实施方式中，多条冷盐流道的流向平行，且相邻两条冷盐流道之间的间距相等；多条热盐流道的流向平行，且相邻两条热盐流道之间的间距相等。
于本发明的一实施方式中，所述热盐流道的流向与所述冷盐流道的流向相互垂直。
于本发明的一实施方式中，所述外壳设置一对热盐侧封头及一对冷盐侧封头，其中一所述热盐侧封头设置有热盐进口，另一所述热盐侧封头设置有热盐出口；其中一所述冷盐侧封头设置有冷盐进口，另一所述冷盐侧封头设置有冷盐出口。
于本发明的一实施方式中，所述热盐进口和所述热盐出口分别与所述热盐流道的进出口端相对应，所述冷盐进口、所述冷盐出口分别与所述冷盐流道的进出口端相对应。
于本发明的一实施方式中，所述热盐流道与所述冷盐流道的截面形状均为半圆形。
于本发明的一实施方式中，所述热盐流道和所述冷盐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，所述冷盐流道及所述热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，所述第一冷盐换热板、所述第二冷盐换热板和所述热盐换热板之间通过扩散焊连接。
于本发明的一实施方式中，所述冷盐流道从所述冷盐换热板上表面开口，并往所述冷盐换热板下表面方向延伸，但未到达所述冷盐换热板下表面；所述热盐流道从所述热盐换热板上表面开口，并往所述热盐换热板下表面方向延伸，但未到达所述热盐换热板下表面。
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，所述换热板芯体的材质为哈氏N合金。
如上所述，本发明的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，具有以下有益效果：
本发明中换热板芯体的排列方式为双层板叠加方式排列，即一层热盐换热板，两层冷盐换热板为一个周期性结构，可满足冷盐较大的体积流量，同时减小冷盐流道内冷盐的流速，使冷热侧的流速相等，降低压降损失。
进一步，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，保证冷盐顺利吸热；本发明采用截面形状为半圆形的冷盐流道和热盐流道，冷盐流道和热盐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；冷盐流道和热盐流道的尺寸小，分布均匀，可减小流体流动的压力损失。
进一步，本发明采用的截面呈半圆形的冷盐流道和热盐流道，能增大换热面积，减小换热板厚度，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，本发明设置了电加热丝与保温棉，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双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器的结构示意图。
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 第一冷盐侧封头
11 冷盐进口
2 第二冷盐侧封头
21 冷盐出口
3 第一热盐侧封头
31 热盐进口
4 第二热盐侧封头
41 热盐出口
5 换热板芯体
51 冷盐换热板
511 冷盐流道
52 热盐换热板
521 热盐流道
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。
本发明提供一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，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，可以实现相同工质之间的热量交换。请参阅图1，一种双层板排列的印刷电路板式熔盐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热盐侧封头3和第二热盐侧封头4，第一热盐侧封头3设置有热盐进口31，第二热盐侧封头4设置有热盐出口41；外壳两端分别设置有第一冷盐侧封头1和第二冷盐侧封头2，第一冷盐侧封头1设置有冷盐进口11，第二冷盐侧封头2设置有冷盐出口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冷盐换热板51、冷盐换热板51和热盐换热板52组成。采取这种叠加方式为满足冷盐较大的体积流量，同时减小单个冷盐流道内流体的流速，降低压降损失。采取这种叠加方式使冷热侧的流速相等，降低压降损失，合理分配空间，极大地利用了热盐的显热，保证冷盐顺利吸热，吸热完成后为下一回路的气体换热，将气体加热为高温高压气体，进入下一级循环推动透平做工发电。
请参阅图2，热盐换热板52设置有多条热盐流道521，热盐流道521从热盐换热板52的横向第一端延伸至热盐换热板52的横向第二端，热盐流道521的中心线相互平行且间距相等，热盐流道521的形状为周期性曲线结构。冷盐换热板51上均设置有多条冷盐流道511，冷盐流道511从相应冷盐换热板51的纵向第一端延伸至相应冷盐换热板51的纵向第二端，冷盐流道的流向与热盐流道的流向相互垂直，冷盐流道511的中心线相互平行且间距相等，冷盐流道511的形状为周期性曲线结构。热盐流道521的进出口端分别与热盐进口31、热盐出口41相对应，冷盐流道511的进出口端分别与冷盐进口11、冷盐出口21相对应。
热盐流道521从热盐换热板52上表面开口，并往热盐换热板52下表面方向延伸，但未到达热盐换热板52下表面；冷盐流道511从冷盐换热板51上表面开口，并往冷盐换热板51下表面方向延伸，但未到达冷盐换热板51下表面。
热盐流道521与冷盐流道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，热盐流道521与冷盐流道511的截面形状均为半圆形。作为示例，流道的截面形状为半圆形。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。
在本实施例中，热盐流道521、冷盐流道511的流向布置形式均为一字形，如图2所示。
在其它实施例，热盐流道521、冷盐流道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。
热盐流道521、冷盐流道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，热盐换热板52与冷盐换热板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的两侧面加工热盐侧封头，在换热板芯体5的两端面加工冷盐侧封头。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，本发明中换热板芯体的排列方式为双层板叠加方式排列，可满足冷盐较大的体积流量，同时减小冷盐流道内冷盐的流速，使冷热侧的流速相等，降低压降损失；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，保证冷盐顺利吸热。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 (11)

1.一种双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于，包括：
外壳；
换热板芯体，设置于所述外壳内，所述换热板芯体包括大于1个周期性结构，所述周期性结构由依次叠设的第一冷盐换热板、第二冷盐换热板和热盐换热板组成；
所述第一冷盐换热板、所述第二冷盐换热板设置有多条冷盐流道，所述冷盐流道从相应冷盐换热板的纵向第一端延伸至相应冷盐换热板的纵向第二端；
所述热盐换热板设置有多条热盐流道，所述热盐流道从所述热盐换热板的横向第一端延伸至所述热盐换热板的横向第二端；
所述冷盐流道从所述冷盐换热板上表面开口，并往所述冷盐换热板下表面方向延伸，但未到达所述冷盐换热板下表面；所述热盐流道从所述热盐换热板上表面开口，并往所述热盐换热板下表面方向延伸，但未到达所述热盐换热板下表面；
所述热盐流道的流向与所述冷盐流道的流向相互垂直；
所述换热板芯体的材质为哈氏N合金。
2.根据权利要求1所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：多条冷盐流道的流向平行，且相邻两条冷盐流道之间的间距相等；多条热盐流道的流向平行，且相邻两条热盐流道之间的间距相等。
3.根据权利要求1所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述外壳设置一对热盐侧封头及一对冷盐侧封头，其中一所述热盐侧封头设置有热盐进口，另一所述热盐侧封头设置有热盐出口；其中一所述冷盐侧封头设置有冷盐进口，另一所述冷盐侧封头设置有冷盐出口。
4.根据权利要求3所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述热盐进口和所述热盐出口分别与所述热盐流道的进出口端相对应，所述冷盐进口、所述冷盐出口分别与所述冷盐流道的进出口端相对应。
5.根据权利要求1所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述热盐流道与所述冷盐流道的截面形状均为半圆形。
6.根据权利要求1所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述热盐流道和所述冷盐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所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述冷盐流道及所述热盐流道的形状均为周期性曲线结构。
8.根据权利要求7所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，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所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述第一冷盐换热板、所述第二冷盐换热板和所述热盐换热板之间通过扩散焊连接。
10.根据权利要求1至9任一所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述外壳周围设置有保温棉。
11.根据权利要求10所述的双层板排列的印刷电路板式熔盐换热器，其特征在于：所述外壳与所述保温棉之间设置有电加热丝。
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